一种单、三相全电压电源转换器

摘要

本发明涉及一种单、三相全电压电源转换器，包括三相整流桥、电压检测电路和两个开关；其特征是三相整流桥将输入单相或三相电压交流电整流为直流电，在电源输入端设有中性线，分别组成三相电源接入的第一接线端(A)、第二接线端(B)、第三接线端(C)和中性线(N)，所述第一接线端(A)和第二接线端(B)同时为单相电源的输入端；电压检测电路根据输入端电压范围，控制两个开关通断组合，自适应宽电压输入范围。本发明设计合理，能自动识别单相或三相电源类型，而且适应全电压范围，使得电器设备实现即插即用的目的，实现不同国家和地区的无缝应用，通用性好的特点。

说明书

技术领域：

本发明属于电学领域，特别涉及一种单、三相全电压电源转换器，尤其是一种兼容 单相和三相电源、以及适应全球全电压范围的电源转换器。

背景技术：

集成调速电机（以下简称集成电机）是在原来电机的功能上的扩展。所以，只要是 普通电机的应用领域也是集成电机的应用领域。普通电机不能用的领域可能也是集成电 机能应用的领域。集成电机的应用可以是在电机的动力驱动领域，像数控机床，精密电 动设备，空调，水泵，风机，空压机，化工，冶金，石油，码头等的动力设备上。也可 以用在实验室，控制装置等的工控设备上。集成调速电机在国际上也有应用，在全球的 应用中，由于各地电源的不同，具体表现在电压，频率和相数（例如，单相或三相）的 不同，所以，不能用单一控制器来覆盖全球的应用，为此，生产厂家只能针对不同的地 区生产不同的产品。

现有市场上有单相宽电压120V/240V的输入设备，其解决宽电压接入有两种方案， 方案（1）要有人工介入（像一个拨拉开关）预先设定，方案（2）或用电子电路来产生 宽电压输入。这些方案有以下缺点：1、方案（1）要人工介入，容易引起误操作，发生 事故；2、方案(2)的成本高，在大功率情况下不能实现，而且，其方案使得系统效率降 低（约10%）；3、方案(2)对于三相电源，其成本要比单相电源的应用大大提高，而且， 对于通用的380V电压是不适用的；4、两个方案都不能三相和单相通用。

为此，如何解决现有技术的缺陷或不足，即成为本发明研究的对象。

发明内容：

本发明的目的是设计一种能根据不同电源类型和电压范围，自动切换输出直流的 单、三相全电压电源转换器。

本发明技术方案是这样实现的：一种单、三相宽全电压电源转换器，包括三相整流 桥、电压检测电路和开关；其特征是三相整流桥将输入单相或三相电压交流电整流为直 流电，在电源输入端设有中性线，分别组成三相电源接入的第一接线端A、第二接线端 B、第三接线端C和中性线N；三相整流桥包括串接的二极管D1、D2，二极管D3、D4， 二极管D5、D6，所述二极管D1、D3、D5的正极端相连于正向端E，该正向端经开关K2 后为直流输出负端，所述二极管D2、D4、D6的负极端相连于负向端F，该负向端F也是 直流输出正端；第一接线端A分三路，分别接电压检测电路、二极管D2正极端和开关 K1；第二接线端B分两路，分别接二极管D4正极端和电压检测电路；第三接线端C接 三极管D6正极端；中性线N接二极管D7负极端，该二极管D7正极端为直流输出负端； 直流输出正端和直流输出负端之间并接有由电容C1和电容C2串接的滤波电路，所述第 一接线端A经开关K1后接电容C1和电容C2的连接点上；所述开关K1和开关K2由电 压检测电路控制切换；所述第一接线端A和第二接线端B同时为单相电源的输入端。

所述电压检测电路设定有三个电压判断区间，分别为小于140V的低电压，140V至 250V之间的中电压，高于250V的高电压；电压检测电路根据输入电压状态，输入为低 电压，开关K1和K2闭合；输入为中电压，开关K1断开，开关K2闭合；输入为高电压， 开关K1、K2都断开。

本发明设计合理，能自动识别单相或三相电源类型，而且适应全电压范围，使得电 器设备实现即插即用的目的，实现不同国家和地区的无缝应用，通用性好的特点。

附图说明：

下面结合具体图例对本发明做进一步说明：

图1单、三相全电压电源转换器电路原理图

图2采用运算放大器组成的电压检测电路图

图3采用单片机组成的电压检测电路图

具体实施方式：

参照图1，单、三相全电压电源转换器，包括三相整流桥、电压检测电路和开关K1 和K2；其中三相整流桥将输入单相或三相电压交流电整流为直流电，在电源输入端设有 中性线N，分别组成三相电源接入的第一接线端A、第二接线端B、第三接线端C和中性 线N；而第一接线端A和第二接线端B同时为单相电源的输入端。

三相整流桥包括串接的二极管D1、D2，二极管D3、D4，二极管D5、D6，所述二极 管D1、D3、D5的正极端相连于正向端E，该正向端经开关K2后为直流输出负端，所述 二极管D2、D4、D6的负极端相连于负向端F，该负向端F也是直流输出正端；第一接线 端A分三路，分别接电压检测电路、二极管D2正极端和开关K1；第二接线端B分两路， 分别接二极管D4正极端和电压检测电路；第三接线端C接三极管D6正极端；中性线N 接二极管D7负极端，该二极管D7正极端为直流输出负端；直流输出正端和直流输出负 端之间并接有由电容C1和电容C2串接的滤波电路，所述第一接线端A经开关K1后接 电容C1和电容C2的连接点上；所述开关K1和开关K2由电压检测电路控制切换。

所述电压检测电路设定有三个电压判断区间，分别为小于140V的低电压，140V至 250V之间的中电压，高于250V至480V的高电压；电压检测电路根据输入电压状态，控 制两个开关K1和K2通断，形成如下的选择：输入为低电压，开关K1和K2闭合；输入 为中电压，开关K1断开，开关K2闭合；输入为高电压，开关K1、K2都断开。

上述的电压检测电路为现有成熟技术，下面列出两种典型电压检测电路。

参照图2，采用运算放大器组成的电压检测电路图，电源的第一接线端A和第二接 线端B接入后，经桥式整流电路、分压电路、分两路分别接入两个独立的运放电路，运 放电路1输出经场效应管FET1后控制开关K1，而运放电路2输出经场效应管FET2后控 制开关K2。

参照图3，采用单片机组成的电压检测电路图，电源的第一接线端A和第二接线端 B接入后，经桥式整流电路、分压电路、接入单片机的第1脚，单片机的第2脚输出经 场效应管FET1后控制开关K1、第8脚输出经场效应管FET2后控制开关K2。

接线方法：

1.第一接线端A和第一接线端B是专门给单相电源用，不必标示相线和零线（两根 线可以任意接）。如果电源是三相中的两相线，像美国的3相208V电源，相与相 的电压是208V，如果只有两相电源，那么，这也是看成三相电源中的单相电源， 接到A、B端。

2.在三相电源的情况下，如果是三相4线制，那么，第一接线端A、第二接线端B、 第三接线端C，分别接三相电源，中性线N接零线。如果现场没有零线，那么，在 低电压三相电源的情况下（线电压<240V），零线可以不接（也可以接）。

3.不管是单相或三相电源，第一接线端A和第一接线端B总是要有接线。

工作原理：

1.不管是单相或三相输入，第一接线端A和第二接线端B，总是能检测到外部电压； 故电压检测电路的输入端分别接第一接线端A和第二接线端B。

2.电压检测电路，这个电压检测电路检测140V和250V这两个电压节点。把电压<140V 区间称为低电压，140V<电压≤250V区间为中电压，电压>250V区间为高电压， 分成三档电压区间。

3.开关K1、K2的初始状态是断开。

a)当电压是低电压时，开关K1,K2都闭合。

b)当电压是中电压时，开关K1断开，开关K2闭合。

c)当电压是高电压时，开关K1、K2都断开。

4.单相电源工作时

a)输入端不是低电压，那么，二极管D1、D2、D3、D4、开关K2就组成了正常的单 相全桥整流电路。

b)输入端是低电压，那么，二极管D1、D2、D3、D4和开关K1、K2就组成了单相 倍压整流电路。

5.三相电源工作时

a)当线电压是低电压时，二极管D1至D6，开关K1、K2组成了三相倍压整流电路。

b)当线电压是中电压时，二极管D1至D6，开关K1、K2组成了三相全波整流电路。

c)当线电压是高电压时，二极管D1至D7，开关K1、K2组成了3相半波整流电路。

总之，以上电路的变化，就是为了保证在现有全球电压（单相和3相）的范围里， 保证母线电压不超过400V。而在这个设计中，开关K1和K2起到了关键的作用，它们使 得整流电路切换到不同的工作模式。由于这个切换是自动的，从用户的角度看来，这个 电路是全球通用。