專(zhuān)利名稱：恒幅矢量交流調(diào)壓方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及恒幅矢量(或恒幅相量)交流調(diào)壓方法，特別涉及單相或三相無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)級(jí)、寬幅的正弦波電力電子調(diào)壓方法、穩(wěn)壓方法。屬于交流調(diào)壓、交流穩(wěn)壓技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有交流調(diào)壓、穩(wěn)壓方法主要有(I)采用伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電刷移動(dòng)實(shí)現(xiàn)變壓器輸出電壓調(diào)壓，輸出電壓實(shí)現(xiàn)有級(jí)(變壓器有多個(gè)分接頭)或無(wú)級(jí)(如自耦變壓器)調(diào)節(jié)。但由于電動(dòng)機(jī)和電刷的存在，即是有觸點(diǎn)的調(diào)壓方式，其缺點(diǎn)是調(diào)壓速度緩慢、壽命短、易卡殼、體積大、重量重等。(2)采用可控硅作為電子開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)變壓器輸出電壓，實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)的調(diào)壓方式。但因調(diào)壓是有級(jí)的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)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(shí)現(xiàn)交流正弦波調(diào)壓，直流環(huán)的大電解電容使直流環(huán)電壓調(diào)節(jié)緩慢，而僅靠調(diào)制系數(shù)來(lái)控制輸出電壓時(shí)，在輸出電壓較高或較低時(shí)有波形差、精度低的不足，難以實(shí)現(xiàn)寬幅調(diào)壓。(4)用AC/AC變換的方式實(shí)現(xiàn)交流正弦波調(diào)壓時(shí)，有輸出電壓波形差、精度低的不足；同時(shí)，也難于用到單相電源的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種恒幅矢量(或恒幅相量)交流調(diào)壓方法，其特點(diǎn)是無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)級(jí)、寬幅的正弦波電力電子調(diào)壓、穩(wěn)壓技術(shù)；適用于不同容量等級(jí)的單、三相系統(tǒng)；體積小、重量輕。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)。恒幅矢量交流調(diào)壓方法包括以下步驟I)將電源的輸入電壓矢量，補(bǔ)償電壓矢量，輸出到負(fù)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(bǔ)償電壓矢量^^與電源的輸入電壓矢量的模相等，改變補(bǔ)償電壓矢量仏相對(duì)于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(shí)，比值VUs為非線性且單調(diào)地由O變化到2，所以負(fù)載的輸出電壓隊(duì)通過(guò)改變相位角a就能實(shí)現(xiàn)寬幅的連續(xù)調(diào)節(jié)；2)在交流調(diào)壓器中，當(dāng)Us = UN，Un為額定電壓，要求輸出電壓在(O 1.2)*隊(duì)內(nèi)變化，那么a由180°調(diào)節(jié)到106. 26° ;3)在交流穩(wěn)壓器中，當(dāng)Us = O. 5UN，輸入電壓低到額定電壓的一半時(shí)，負(fù)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(wěn)定在Un不變；當(dāng)Us彡Un時(shí)，求解式⑴得唯一的α值，α彡120°，使U。= Un，輸入電壓大于額定電壓時(shí)，Us ^ Un，輸出電壓仍可穩(wěn)定在Un不變；本方法實(shí)現(xiàn)O. 5Un ( Us 非常寬幅的交流穩(wěn)壓；4)不改變Ge的大小，只調(diào)整仏相對(duì)％的相位角α，就能實(shí)現(xiàn)寬幅的電壓調(diào)節(jié)；這種方法還有利于保持Gc3的正弦波形，因?yàn)镚c3是兩個(gè)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(jīng)電力電子變換器產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓Gc補(bǔ)償，且保持Gc幅值不變，而改變它相對(duì)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。恒幅矢量(或恒幅相量)交流調(diào)壓方法適用于需要寬幅正弦波調(diào)壓的單相或三相 交流調(diào)壓器、交流穩(wěn)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(shí)現(xiàn)大容量交流調(diào)壓、穩(wěn)壓的無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)級(jí)、正弦化。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)實(shí)現(xiàn)大容量寬幅無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)級(jí)正弦波電力電子調(diào)壓器、穩(wěn)壓器。(2)適用于單、三相系統(tǒng)。(3)無(wú)工頻變壓器，降低了設(shè)備重量和體積。


圖I為恒幅矢量交流調(diào)壓方法的原理圖。I.電源的輸入電壓矢量，2.補(bǔ)償電壓矢量Ge，3.輸出到負(fù)載的輸出電壓矢量IJ0A.之間的相位差α。圖2為本發(fā)明的UQ/US與α的變化關(guān)系圖。5.輸出電壓與輸入電壓之比UQ/US, 6.補(bǔ)償電壓矢量Ge和輸入電壓矢量Gs之間的相位差α。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只能用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)嫻熟人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例I如圖I所示，交流電源輸入電壓I經(jīng)電力電子變換器產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓進(jìn)行補(bǔ)償，保持Ge幅值不變，改變相對(duì)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(diào)壓器中，當(dāng)Us = UN, Un為額定電壓，要求輸出電壓在(O 1.2)*UN內(nèi)變化，那么α的變化范圍為180° 106. 26°。輸出電壓頻率與電源頻率相同。實(shí)施例2如圖I所示，交流電源輸入電壓I經(jīng)電力電子變換器產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓進(jìn)行補(bǔ)償，保持Ge幅值不變，改變相對(duì)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(wěn)壓器中，當(dāng)Us = O. 5Un,即輸入電壓低到額定電壓的一半時(shí)，負(fù)載電壓仍可達(dá)到額定電壓，即α =0°時(shí)，有U() = UN。所以輸入電壓在(O. 5 1.0) *隊(duì)時(shí)，輸出電壓可保持為額定值。當(dāng)Us SUn時(shí)，求解式(I)總可得唯一的α值(α彡120° )使U。= Uno實(shí)現(xiàn)(O. 5Un彡Us <°o )非常寬幅的交流穩(wěn)壓。輸出電壓頻率與電源頻率相同。實(shí)施例3如圖I所示，交流電源輸入電壓I經(jīng)電力電子變換器產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓f7e2進(jìn)行補(bǔ)償，保持Ge幅值不變，改變相對(duì)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(dāng)Us = UN，Un為額定電壓，α的調(diào)節(jié)過(guò)程為(0° —90° —180° )，那么輸出電壓的變化為(2UN— 1.4UN —0)，輸出電壓
相對(duì)于輸入電壓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(shí)施例4如圖I所示，交流電源輸入電壓I經(jīng)電力電子變換器產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓f7e2進(jìn)行補(bǔ)償，保持Ge幅值不變，改變相對(duì)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(chǎn)生兩個(gè)幅值恒定且相等、同時(shí)有相位差α的正弦波電壓矢量Gei和Ge2，Gei相當(dāng)于相當(dāng)于Ge，所以有U0 = Jci+Jc2。改變々。和Jc2的相位差α，實(shí)現(xiàn)電壓輸出的調(diào)壓；輸出電壓的頻率固定但可與電源頻率不同。實(shí)施例5如圖I所示，交流電源輸入電壓I經(jīng)電力電子變換器產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓f7e2進(jìn)行補(bǔ)償，保持Ge幅值不變，改變相對(duì)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(chǎn)生兩個(gè)幅值恒定且相等、同時(shí)有相位差α的正弦波電壓矢量WeJPJe2 Aei相當(dāng)于^，Je2相當(dāng)于仏，所以有U0 = Jci+Jc2。改變^^和^^的頻率和相位差α，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)頻調(diào)壓。實(shí)施例6如圖I所示，交流電源輸入電壓I經(jīng)電力電子變換器產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓f7e2進(jìn)行補(bǔ)償，保持Ge幅值不變，改變相對(duì)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(chǎn)生兩個(gè)幅值恒定且相等、同時(shí)有相位差α的正弦波電壓矢量JjPJe2，Jei相當(dāng)于％，Je2相當(dāng)于仏，所以有=Uci+Oc2。實(shí)現(xiàn)作為交流調(diào)壓器、交流穩(wěn)壓器、交流移相器的綜合功能，提高電力變壓器的可控性。實(shí)施例7如圖I所示，交流電源輸入電壓GsI經(jīng)電力電子變換器產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓f7c2進(jìn)行補(bǔ)償，保持Ge幅值不變，改變相對(duì)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％ =$+f7e)。實(shí)施例I 6中，單相電路通過(guò)三角形或星形接法，依次得到三相交流調(diào)壓器、三相交流穩(wěn)壓器、三相交流移相器、三相正弦波逆變器、三相正弦波變頻器、 三相電力電子變壓器。
權(quán)利要求
1.一種恒幅矢量交流調(diào)壓方法，其特征在于該交流調(diào)壓方法包括以下步驟 1)將電源的輸入電壓矢量$(I)，補(bǔ)償電壓矢量Ge (2)，輸出到負(fù)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(bǔ)償電壓矢量仏與電源的輸入電壓矢量的模相等，改變補(bǔ)償電壓矢量Ge相對(duì)于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(quán)利要求I所述恒幅矢量交流調(diào)壓方法，其特征在于交流電源輸入電壓經(jīng)電力電子變換器產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓Ge進(jìn)行補(bǔ)償，且保持Ge幅值不變，而改變它相對(duì)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(quán)利要求I所述恒幅矢量交流調(diào)壓方法，其特征在于恒幅矢量交流調(diào)壓方法適用于需要寬幅正弦波調(diào)壓的單相或三相交流調(diào)壓器、交流穩(wěn)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(shí)現(xiàn)大容量交流調(diào)壓、穩(wěn)壓的無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)級(jí)、正弦化。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種恒幅矢量交流調(diào)壓方法。其特點(diǎn)是該調(diào)壓方法將電源的輸入電壓矢量補(bǔ)償電壓矢量輸出到負(fù)載的輸出電壓矢量依次連接，和之間的相位差α(4)；保持補(bǔ)償電壓矢量與電源的輸入電壓矢量的模相等，改變補(bǔ)償電壓矢量相對(duì)于電源的輸入電壓矢量的相位角α，就能實(shí)現(xiàn)寬幅的電壓調(diào)節(jié)；同時(shí)還有利于保持的正弦波形。恒幅矢量交流調(diào)壓方法適用于需要寬幅正弦波調(diào)壓的單相或三相交流調(diào)壓器、交流穩(wěn)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(shí)現(xiàn)大容量交流調(diào)壓、穩(wěn)壓的無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)級(jí)、正弦化。
文檔編號(hào)H02M5/04GK102638170SQ201210103828
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者劉紅萍, 張代潤(rùn) 申請(qǐng)人:四川大學(xué)