具有高电压与大功率处理能力的直流电源装置
专利汇可以提供具有高电压与大功率处理能力的直流电源装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且将一个原电源供给的三相交流 电能 供给互相级联的第一与第二六相 变压器 耦合式整流 电路 。第一整流电路包括三个三 角 形连接的初级绕组，第二整流电路包括三个 星形连接 的初级绕组，用于生成互 相移 相π/3的各自的 输出 电压 。互相级联的该两整流电路联合提供一个十二相整流电路，与一个六 相变 压器耦合式整流电路相比，在其输出电能中产生减少的谐波或波纹电路。这两整流电路分担作用在该电源装置上的电压，从而可具有较低的耐受 击穿电压 的要求。，下面是具有高电压与大功率处理能力的直流电源装置专利的具体信息内容。
1、一种直流电源装置，包括一个原电源，用于供给三相交流电能；
其特征在于，所述装置还包括：
一个第一六相变压器耦合式整流电路，具有三个三角形连接的初 级绕组；
一个第二六相变压器耦合式整流电路，具有三个星形连接的初级 绕组；
各所述六相变压器耦合式整流电路具有至少一组分别以变压器耦 合的方式连接到所述三个初级绕组上的三个次级绕组，各组中的所述 三个次级绕组是开口三角形连接的；以及
所述第一六相变压器耦合式整流电路的一个次级绕组的一输出端 与所述第二六相变压器耦合式整流电路的一个次级绕组的一输出端相 连接，从而使所述第一和第二六相变压器耦合式整流电路彼此级联， 用于产生互相移相π/6的各自的输出电压；以便将由所述原电源提 供的三相交流电能转换为十二相整流的直流电能。
2、按照权利要求1的直流电源装置，其特征在于，所述各六相 变压耦合式整流电路具有三组三个次级线圈，且所述三组次级线圈的 整流输出是级联的。
本发明涉及生成供高电压、大输出功率需求的直流电能的直流电 源装置，更具体地涉及供用在辐射化学领域中的静电电子加速器用作 电源的这种高电压、大输出直流电源装置。
静电电子加速器通常由在真空中产生电子的一个电子枪、加速所 生成的电子的一个加速管、及给予电子加速能量的一个直流(DC) 电源构成。该DC电源包括一个DC电源装置，用于以一个多相整流 电路将交流(AC)电能转换成DC电能并供应高电压、大输出电能。 例如，用在印镀膜与油墨中的静电电子加速器采用能供给150至3 00KV范围内的电压及1至2A范围内的电流的DC电源装置。用 在处理废气中的另一种静电电子加速器具有能供应500至1000 KV范围内的电压及1至2A范围内的电流DC电源装置。
这种高电压、大输出DC电源装置通常采用变压器耦合式整流电 路直接将频率为50或60Hz的AC市电电能转换成DC电能，而 不用诸如Cockcroft电路之类的高频转换器。采用这种变压 器耦合式整流电路的原因是提高功率转换效率，它是DC电能对AC 市电电能之比的倒数。
附图中的图1示出一种传统的DC电源装置，它包括一个六相变 压器耦合式整流电路。如图1中所示，传统的DC电源装置包含一个 诸如市售的AC电源等由三相AC电源构成的原电源1；U、V与W 相位的三个初级绕组2U、2V、2W分别成星形连接在原电源1上； 三组次级绕组3U1-3U6、3V1-3V6、3W1-3W6分 别以变压器耦合的方式与初级组2U、2V、2W连接；以及三组桥 式整流电路4U1-4U6、4V1-4V6、4W1-4W6分别 连接在次级绕组3U1-3U6、3V1-3V6、3W1-3W6 上。初级绕组2U、2V、2W用作初级电路、而次级绕组3U1- 3U6、3V1-3V6、3W1-3W6及桥式整流电路4U1- 4U6、4V1-4V6、4W1-4W6则构成多个次级电路。
将次级电路分成六组，其中的三个次级电路与相应的U、V与W 相位关联并且级联。将六组次级电路级联。这样级联的初级电路与次 级电路联合构成一个绝缘的铁心式变压器。
六相变压器耦合式整流电路能产生六相整流的电能输出，其中一 组三个次级电路是级联的。在图1中所示的配置中，为了生成较高的 输出DC电压，六组次级电路是级联的。然而，取决于要输出的所希 望的电压水平，DC电源装置可包括级联的多组次级电路，从几组到 几十组次级电路。
如附图中图2所示，图1中所示的传统DC电源装置从AC市电 电源中产生除了DC分量以外还包含基波与谐波分量的输出DC电 压。如果由这些谐波分量导致的谐波或波纹电流从DC电源装置流入 连接在其上的设备，则取决于这些谐波电流的大小，所连接的设备有 可能过热甚至热损坏。
由谐波或波纹电流引发的热损坏不仅由高电压、大输出DC电源 装置导致，也可能由带闸流管功率控制的AC电源装置导致。尤其是 近年来出现更多由闸流管控制的AC供电的电器设备，它们在供应给 受控的电器设备的AC电能中引入谐波或波纹电流。在这些情况中， 日本自然资源与能源机构已颁布了控制DC或AC供电的电器设备中 的谐波的准则。
降低包含在来自DC电源装置的DC输出能量中的谐波电流的一 种可能方法为增加DC电源装置的相位数。具体地，可以用包含互相 并联成一个十二相变压器耦合式整流电路的各具图1中所示的电路配 置的两个六相变压器耦合式整流电路的一个DC电源装置来降低谐波 电流。两个互相并联的六相变器耦合式整流电路中的每一个各具有图 1中所示的六相变压器耦合式整流电路的电流容量的一半。然而，由 于这两个六相变压器耦合式整流电路是互相并联的，它们中的每一个 需要耐受与图1中所示的六相变压器耦合式整流电路相同的击穿电 压。相应地，具有这一十二相变压器耦合式整流电路的DC电源装置 必须具有各能耐受150至1000KV范围内的高电压的两个六相 变压器耦合式整流电路。
这种十二相DC电源装置的另一问题是：虽然各六相变压器耦合 式整流电路的电流容量降低到了一半，尽管降低了额定电流，但六相 变压器耦合式整流电路的各部件的大小仍然基本上保持不变。十二相 DC电源装置的缺点还在于：各能耐受150至1000KV高压的 两个六相变压器耦合式整流电路所需的绝缘使得该十二相DC电源装 置的大小几乎是图1中所示的六相变压器耦合式整流电路的两倍。采 用具有高击穿电压耐受能力的两个六相变压器耦合式整流电路产生的 缺点远超过采用具有减小的电流容量的两个六相变压器耦合式整流电 路所提供的优点。
因此，本发明的一个目的为提供一种具有较小的尺寸并能减少其 DC输出能量中的谐波电流的高电压、大输出DC电源装置。
为达到上述目的，按照本发明提供了一种直流电源装置，包括： 一个原电源，用于供给三相交流电能；一个第一六相变压器耦合式整 流电路，具有三个三角形连接的初级绕组；一个第二六相变压器耦合 式整流电路，具有三个星形连接的初级绕组；各所述六相变压器耦合 式整流电路具有至少一组分别以变压器耦合的方式连接到所述三个初 级绕组上的三个次级绕组，各组中的所述三个次级绕组是开口三角形 连接的；以及所述第一六相变压器耦合式整流电路的一个次级绕组的 一输出端与所述第二六相变压器耦合式整流电路的一个次级绕组的一 输出端相连接，从而使所述第一和第二六相变压器耦合式整流电路彼 此级联，用于产生互相移相π/6的各自的输出电压；以便将由所述 原电源提供的三相交流电能转换为十二相整流的直流电能。
从以下结合以示例方式展示本发明的一个较佳实施例的附图所作 的描述中，本发明的上述与其它目的、特征与优点将是显而易见的。
图1为传统的DC电源装置的电路图；
图2为示出图1中所示的传统DC电源装置的原电源的电压及D C输出电压的波形的图；
图3为按照本发明的DC电源装置的电路图；以及
图4为示出图3中所示的DC电源装置的原电源的电压及DC输 出电压的波形的图。
如图3中所示，按照本发明的高电压、大输出DC电源装置包括 一个由诸如AC市电电源等三相AC电源11构成的原电源11、一 个第一六相变压器耦合式整流电路20、及一个第二六相变压器耦合 式整流电路30。
第一六相变压器耦合式整流电路20包括分别三角形连接在原电 源11上的U、V与W相位的三个初级绕组21U、21V、21W； 三组分别以变压器耦合的方式连接在初级绕组21U、21V、21 W上的次级绕组22U1-22U3、22V1-22V3、22W 1-22W3；以及三组分别连接在次级绕组22U1-22U3、 22V1-22V3、22W1-22W3上的桥式整流电路23U 1-23U3、23V1-23V3、23W1-23W3。各相中 的三个次级绕组是开口三角形连接的。桥式整流电路23U1、23 V1、23W1、23U2、23V2、23W2、23U3、23 V3、23W3具有以该次序级联的各自的输出端对。桥式整流电路 23U1的输出端之一及桥式整流电路23W3的输出端之一用作该 第一六相变压器耦合式整流电路20的一对输出端。
第二六相变压器耦合式整流电路30包括分别星形连接在原电源 11上的U、V与W相位的三个初级绕组31U、31V、31W； 三组分别以变压器耦合的方式连接在初级绕组31U、31V、31 W上的次级绕组32U1-32U3、32V1-32V3、32W 1-32W3；以及三组分别连接在次级绕组32U1-32U3、 32V1-32V3、32W1-32W3；上的桥式整流电路33 U1-33U3、33V1-33V3、33W1-33W3。各相 中的三个次级绕组是开口三角形连接的。桥式整流电路33U1、3 3V1、33W1、33U2、33V2、33W2、33U3、3 3V3、33W3具有以该次序级联的各自的输出端对。桥式整流电 路33U1的输出端之一及桥式整流电路33W3的输出端之一用作 该第二六相变压器耦合式整流电路30的一对输出端。
第一与第二六相变压器耦合式整流电路20、30是互相级联 的。因此，第一六相变压器耦合式整流电路20的输出端之一及第二 六相变压器耦合式整流电路30的输出端之一用作该DC电源装置的 一对输出端。
在图3中所示的实施例中，第二六相变压器耦合式整流电路30 的桥式整流电路33W3的输出端之一用作该DC电源装置的正接线 端，而第一六相变压器耦合式整流电路20的桥式整流电路23U1 的输出端之一则用作该DC电源装置的一个接地端。然而，桥式整流 电路33W3的输出端可用作该DC电源装置的一个接地端，而桥式 整流电路23U1的输出端可用作该DC电源装置的一个负接线端。 再者，第一与第二六相变压器耦合式整流电路20、30可以反向级 联，而第一六相变压器耦合式整流电路20的桥式整流电路23W3 的输出端之一及第二整流电路30的桥式整流电路33U1的输出端 之一可用作该DC电源装置的一对输出端。可用其它方式改变或修正 图3中所示的DC电源装置。
在图3中所示的DC电源装置中，由于第一六相变压器耦合式整 流电路20的初级绕组21U、21V、21W是三角形连接的而第 二六相变压器耦合式整流电路30的初级绕组31U、31V、31 W则是星形连接的，由相应的第一与第二六相变压器耦合式整流电路 20、30产生的输出电压是互相移相π/3的。因此，如图4中所 示，级联的第一与第二六相变压器耦合式整流电路20、30产生一 个十二相的输出电压。从而图3中所示的DC电源装置包括一个十二 相整流电路，用于产生与图1中所示的传统DC电源装置相比包含减 小的谐波或波纹电流的DC输出电能。
图3中所示的DC电源装置作为一个整体包括次级绕组的的六个 级联的组，其中三个次级电路与各自的U、V与W相位关联。结果， 该DC电源装置能产生与图1中所示的DC电源装置相同水平的DC 输出电压。
由于第一与第二六相变压器耦合式整流电路20、30是互相级 联的，第一与第二六相变压器耦合式整流电路20、30中任何一个 可配置成耐受所要求的击穿电压，或者第一与第二六相变压器耦合式 整流电路20、30可配置成耐受一半或分担所要求的击穿电压。因 此，图3中所示的DC电源装置的总体击穿电压耐受能力，从而所需 的绝缘，可以小于图1中所示的DC电源装置。结果，图3中所示的 DC电源装置的尺寸可以相对地小。
在所示的实施例中，第一与第二六相变压器耦合式整流电路2 0、30的初级绕组为了互相移相它们各自的输出电压π/3相位， 而分别连接成三角形与星形的。然而，第一与第二六相变压器耦合式 整流电路20、30两者的初级绕组都可以连接成三角形或星形，且 第一与第二六相变压器耦合式整流电路20、30中任何一个可具有 一个移相电路。各第一与第二六相变压器耦合式整流电路20、30 是示出为包括三组次级绕组的，其中在三个次级电路与各自的U、V 与W相位关联。然而，各第一与第二六相变压器耦合式整流电路20、 30可包括所希望的DC输出电压的水平所需要的任意多个级联的次 级绕组的组，其中三个次级电路与各自的U、V与W相位关联。
虽然示出并详细描述了本发明的一个一定的较佳实施例，应能理 解，可在其中作出各种改变与修正而不脱离所附权利要求书的范围。
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