[发明专利]三相变压器、交流－直流电源及产生直流电源的方法

说明书

本发明涉及三相变压器、采用该三相变压器的交流-直流电源及产生直流电源的方法，尤其(尽管不是唯一必要的)涉及这样一种电源，它为电解池提供必需的直流电源，该电解池用于水的电解以释放氢气和氧气。然而，本发明总的适合于任何特定的有交流主电源但却需要直流电源的应用场合。

对多相交流电源全波整流产生伪直流输出是众所周知的。对于240伏、50赫兹的单相主电源，全波整流(H电桥整流)所产生的平均直流电压为216伏。然而，要求直流电源的负载一般需要更低的电压。

对于电解池，诸如申请人的AQUAGAS 3气体发生器，需要33伏等级的直流电压。为了适合这种需要，传统的做法是在整流前将交流主电源变换为适当低的电平，由此实现所需的输出直流电压。采用这种技术的缺陷在于，电源主频变压器的额定值高达10千瓦以上，由于磁路和漏抗因素，其体积变得很大和笨重。

另一种已知的从固定交流主电源产生所需直流电源的技术是利用整流器电桥中的控制开关器件。它们可以是诸如功率晶体管器件、SCR(可控硅整流器)或GTO(控制极可关断开关)。通过控制开关器件的导通(也可能是关断)时间可以调节平均直流输出。该技术的缺点在于，即使在直流输出两端采用平滑储能电容器，输出波形也是“波浪起伏”的。有些负载对直流电压电平中随时间而变的变化很敏感。这包括作为电解池的直流机组。对于这样一种输出波形，有些甚至十分敏感地达到了不能满意地工作的程度。

与此类具有单相交流源、降压变压器和受控整流器电桥电路的已知电源有关的还有其它一些问题。这些问题包括启动时产生的较高的变压器浪涌电流，以及如果采用名义上的三相电源的两相，而不是一相线和中线或者所有三相而产生的对相位不平衡的敏感度。反映上述现有技术的文献包括第5，587，892号、第5，748，458号、第4，567，420号和第5，138，544号美国专利公报以及第WO96/09686号国际专利申请公报。

因此，本发明的目的在于提供一种三相变压器、采用该三相变压器的交流-直流电源及产生直流电源的方法，它克服了现有技术的某些缺陷，或者至少提供了具有实用选择的公共服务。

根据本发明的第一方面，提供一种三相变压器，包括三个初级绕组、三个次级绕组和三个变压器芯体，每个变压器芯体对应于一相，其中：

每个次级绕组均由一个导电管形成，这些导电管基本上呈平行并通过其第一端电连接；

每个变压器芯体以圆柱体形式穿入相应的导电管；以及

每个初级绕组缠绕成通过相邻一对所述导电管的内部。

根据本发明的第二方面，提供一种交流-直流电源，包括：

响应于输入电压产生第一整流输出的三相整流电路；

接收第一整流输出并产生伪交流三相输出的受控三相逆变器电路；以及

第二三相整流器电路，其中，所述交流-直流电源包括如权利要求1至3任一所述的三相变压器，所述三相变压器接收伪交流三相输出，所述第二三相整流器电路接收三相变压器的输出并产生输出直流电源。

根据本发明的第三方面，提供一种产生直流电源的方法，包括对一个三相交流电源整流产生第一整流电源，以产生一个伪交流三相电源，并对所述伪交流三相电源整流产生第二整流电源，其特征在于，所述方法还包括在整流之前采用变压器对所述伪交流三相电源进行变换。

在阅读了较佳实施例的描述后，本领域的熟练人员对本发明的其它方面将变得更为明白。

现在将参照附图描述本发明的较佳实施例，其中：

图1是交流/直流电源的示意性方框图；

图2是图1所示电源的示意性电路图；

图3a和3b分别是同轴三相变压器的平面图和截面图；

图4a至4c是控制器逆变器级的开关状态电路图；

图5表示控制器逆变器输出各相之间的各个相移；

图6是控制板的示意性方框图；

图7和图8是用于逆变器级的开关器件的选通信号的定时波形；以及

图9表示本电源一个实施例的电压和电流波形。

图1表示由若干级联的级组成的电源10的大致方框图。电源10在其输入端12、14、16接收三相交流电源。该电源一般是容易获得的主电源，在新西兰为400伏(相至相)，50赫兹电源。显然，还考虑到其它三相电源电压和频率包括美国通用的200伏，60赫兹电源。端子18还接收主电源的中性线基准电位。