恆幅矢量交流調壓方法

2023-05-03 09:19:06

專利名稱：恆幅矢量交流調壓方法
技術領域：
本發明涉及恆幅矢量(或恆幅相量)交流調壓方法，特別涉及單相或三相無觸點、無級、寬幅的正弦波電力電子調壓方法、穩壓方法。屬於交流調壓、交流穩壓技術領域。
背景技術：
現有交流調壓、穩壓方法主要有(I)採用伺服電動機帶動電刷移動實現變壓器輸出電壓調壓，輸出電壓實現有級(變壓器有多個分接頭)或無級(如自耦變壓器)調節。但由於電動機和電刷的存在，即是有觸點的調壓方式，其缺點是調壓速度緩慢、壽命短、易卡殼、體積大、重量重等。(2)採用可控矽作為電子開關來調節變壓器輸出電壓，實現無觸點的調壓方式。但因調壓是有級的，無法實現連續調壓，因而有輸出電壓精度低的不足；因有工頻變壓器，仍有體積大、重量重的不足。(3)用AC/DC/AC變換的方式實現交流正弦波調壓，直流環的大電解電容使直流環電壓調節緩慢，而僅靠調製係數來控制輸出電壓時，在輸出電壓較高或較低時有波形差、精度低的不足，難以實現寬幅調壓。(4)用AC/AC變換的方式實現交流正弦波調壓時，有輸出電壓波形差、精度低的不足；同時，也難於用到單相電源的系統。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足而提供一種恆幅矢量(或恆幅相量)交流調壓方法，其特點是無觸點、無級、寬幅的正弦波電力電子調壓、穩壓技術；適用於不同容量等級的單、三相系統；體積小、重量輕。本發明的目的由以下技術措施實現。恆幅矢量交流調壓方法包括以下步驟I)將電源的輸入電壓矢量，補償電壓矢量，輸出到負載的輸出電壓矢量Gf9依次連接，Ge和 ^之間的相位差a ;保持補償電壓矢量^^與電源的輸入電壓矢量的模相等，改變補償電壓矢量仏相對於電源的輸入電壓矢量％的相位角a，則得到輸出電壓矢量、輸入電壓矢量的模之比為
U0 . αλ
toon] —^ = 2cos —⑴
Us UJ由式(I)可知，a由180°變化到0°時，比值VUs為非線性且單調地由O變化到2，所以負載的輸出電壓隊通過改變相位角a就能實現寬幅的連續調節；2)在交流調壓器中，當Us = UN，Un為額定電壓，要求輸出電壓在(O 1.2)*隊內變化，那麼a由180°調節到106. 26° ;3)在交流穩壓器中，當Us = O. 5UN，輸入電壓低到額定電壓的一半時，負載電壓仍可維持為額定電壓，α = 0°，UQ = UN，輸入電壓在(O. 5 1.0)*UN變化，輸出電壓可穩定在Un不變；當Us彡Un時，求解式⑴得唯一的α值，α彡120°，使U。= Un，輸入電壓大於額定電壓時，Us ^ Un，輸出電壓仍可穩定在Un不變；本方法實現O. 5Un ( Us 非常寬幅的交流穩壓；4)不改變Ge的大小，只調整仏相對％的相位角α，就能實現寬幅的電壓調節；這種方法還有利於保持Gc3的正弦波形，因為Gc3是兩個幅值相等而存在相位差的正弦波之和，即 O0 = Os + Oc ο交流電源輸入電壓經電力電子變換器產生的補償電壓Gc補償，且保持Gc幅值不變，而改變它相對電源電壓的相位角α，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓Gc3。恆幅矢量(或恆幅相量)交流調壓方法適用於需要寬幅正弦波調壓的單相或三相 交流調壓器、交流穩壓器、交流移相器、正弦波逆變器、正弦波變頻器、電力電子變壓器；還能實現大容量交流調壓、穩壓的無觸點、無級、正弦化。本發明具有如下優點(I)實現大容量寬幅無觸點、無級正弦波電力電子調壓器、穩壓器。(2)適用於單、三相系統。(3)無工頻變壓器，降低了設備重量和體積。


圖I為恆幅矢量交流調壓方法的原理圖。I.電源的輸入電壓矢量，2.補償電壓矢量Ge，3.輸出到負載的輸出電壓矢量IJ0A.之間的相位差α。圖2為本發明的UQ/US與α的變化關係圖。5.輸出電壓與輸入電壓之比UQ/US, 6.補償電壓矢量Ge和輸入電壓矢量Gs之間的相位差α。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進行具體的描述，有必要在此指出的是本實施例只能用於對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，本領域的技術嫻熟人員可以根據上述本發明的內容作出一些非本質的改進和調整。實施例I如圖I所示，交流電源輸入電壓I經電力電子變換器產生的補償電壓進行補償，保持Ge幅值不變，改變相對輸入電壓的相位角α 4，由圖2可知，得到幅值不同的正弦波輸出電壓義3 (即仏=0s+0c)o在交流調壓器中，當Us = UN, Un為額定電壓，要求輸出電壓在(O 1.2)*UN內變化，那麼α的變化範圍為180° 106. 26°。輸出電壓頻率與電源頻率相同。實施例2如圖I所示，交流電源輸入電壓I經電力電子變換器產生的補償電壓進行補償，保持Ge幅值不變，改變相對輸入電壓的相位角α 4，由圖2可知，得到幅值不同的正弦波輸出電壓3 (即6^ =Os +Oc) ο在交流穩壓器中，當Us = O. 5Un,即輸入電壓低到額定電壓的一半時，負載電壓仍可達到額定電壓，即α =0°時，有U = UN。所以輸入電壓在(O. 5 1.0) *隊時，輸出電壓可保持為額定值。當Us SUn時，求解式(I)總可得唯一的α值(α彡120° )使U。= Uno實現(O. 5Un彡Us <°o )非常寬幅的交流穩壓。輸出電壓頻率與電源頻率相同。實施例3如圖I所示，交流電源輸入電壓I經電力電子變換器產生的補償電壓f7e2進行補償，保持Ge幅值不變，改變相對輸入電壓的相位角α 4，由圖2可知，得到幅值不同的正弦波輸出電壓(即=%+t7c)。在交流移相器中，當Us = UN，Un為額定電壓，α的調節過程為(0° —90° —180° )，那麼輸出電壓的變化為(2UN— 1.4UN —0)，輸出電壓
相對於輸入電壓Gs的相位差的變化為(0° —45° —90° )。輸出電壓頻率與電源頻率相同。實施例4如圖I所示，交流電源輸入電壓I經電力電子變換器產生的補償電壓f7e2進行補償，保持Ge幅值不變，改變相對輸入電壓的相位角α 4，由圖2可知，得到幅值不同的正弦波輸出電壓Gc33 (即Gc3 =US+IJC)0在正弦波逆變器中，可逆變產生兩個幅值恆定且相等、同時有相位差α的正弦波電壓矢量Gei和Ge2，Gei相當於相當於Ge，所以有U0 = Jci+Jc2。改變々。和Jc2的相位差α，實現電壓輸出的調壓；輸出電壓的頻率固定但可與電源頻率不同。實施例5如圖I所示，交流電源輸入電壓I經電力電子變換器產生的補償電壓f7e2進行補償，保持Ge幅值不變，改變相對輸入電壓的相位角α 4，由圖2可知，得到幅值不同的正弦波輸出電壓Gc33 (即％ =US+IJC)0在正弦波變頻器中，可逆變產生兩個幅值恆定且相等、同時有相位差α的正弦波電壓矢量WeJPJe2 Aei相當於^，Je2相當於仏，所以有U0 = Jci+Jc2。改變^^和^^的頻率和相位差α，實現輸出電壓的調頻調壓。實施例6如圖I所示，交流電源輸入電壓I經電力電子變換器產生的補償電壓f7e2進行補償，保持Ge幅值不變，改變相對輸入電壓的相位角α 4，由圖2可知，得到幅值不同的正弦波輸出電壓0σ3 (即％ =US+IJC)0在電力電子變壓器中，可逆變產生兩個幅值恆定且相等、同時有相位差α的正弦波電壓矢量JjPJe2，Jei相當於％，Je2相當於仏，所以有=Uci+Oc2。實現作為交流調壓器、交流穩壓器、交流移相器的綜合功能，提高電力變壓器的可控性。實施例7如圖I所示，交流電源輸入電壓GsI經電力電子變換器產生的補償電壓f7c2進行補償，保持Ge幅值不變，改變相對輸入電壓的相位角α 4，由圖2可知，得到幅值不同的、正弦波輸出電壓％3 (即％ =$+f7e)。實施例I 6中，單相電路通過三角形或星形接法，依次得到三相交流調壓器、三相交流穩壓器、三相交流移相器、三相正弦波逆變器、三相正弦波變頻器、 三相電力電子變壓器。
權利要求
1.一種恆幅矢量交流調壓方法，其特徵在於該交流調壓方法包括以下步驟 1)將電源的輸入電壓矢量$(I)，補償電壓矢量Ge (2)，輸出到負載的輸出電壓矢量％ (3)依次連接，仏和％之間的相位差a⑷；保持補償電壓矢量仏與電源的輸入電壓矢量的模相等，改變補償電壓矢量Ge相對於電源的輸入電壓矢量的相位角a，則得到輸出電壓矢量、輸入電壓矢量的模之比為
2.如權利要求I所述恆幅矢量交流調壓方法，其特徵在於交流電源輸入電壓經電力電子變換器產生的補償電壓Ge進行補償，且保持Ge幅值不變，而改變它相對電源電壓的相位角a，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓
3.如權利要求I所述恆幅矢量交流調壓方法，其特徵在於恆幅矢量交流調壓方法適用於需要寬幅正弦波調壓的單相或三相交流調壓器、交流穩壓器、交流移相器、正弦波逆變器、正弦波變頻器、電力電子變壓器；還能實現大容量交流調壓、穩壓的無觸點、無級、正弦化。
全文摘要
本發明公開了一種恆幅矢量交流調壓方法。其特點是該調壓方法將電源的輸入電壓矢量補償電壓矢量輸出到負載的輸出電壓矢量依次連接，和之間的相位差α(4)；保持補償電壓矢量與電源的輸入電壓矢量的模相等，改變補償電壓矢量相對於電源的輸入電壓矢量的相位角α，就能實現寬幅的電壓調節；同時還有利於保持的正弦波形。恆幅矢量交流調壓方法適用於需要寬幅正弦波調壓的單相或三相交流調壓器、交流穩壓器、交流移相器、正弦波逆變器、正弦波變頻器、電力電子變壓器，還能實現大容量交流調壓、穩壓的無觸點、無級、正弦化。
文檔編號H02M5/04GK102638170SQ201210103828
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月10日 優先權日2012年4月10日
發明者劉紅萍, 張代潤 申請人:四川大學