中專(zhuān)院校電工教學(xué)發(fā)明分析論文
1龔氏橋全電路
龔氏橋全電路榮獲3項發(fā)明專(zhuān)利。第1項發(fā)明專(zhuān)利特征是在輸出電壓中心點(diǎn)上有1個(gè)最佳功率因數點(diǎn)的A類(lèi)龔氏橋全電路。原有教科書(shū)上的單相半波、全波和橋式3類(lèi)經(jīng)典可控整流電路中性能最好、電路數量最多、最高形式的電路是單相橋式可控整流電路，應用極為廣泛，因此，世界各國大中專(zhuān)院校電工教科書(shū)中都占有很大篇幅。筆者只在教科書(shū)上的單相全控橋電路中增加1個(gè)二極管;在半控橋電路中增加1個(gè)晶閘管或二極管;在橋式單晶閘管電路中增加1個(gè)晶閘管或二極管，調整器件容量，改變晶閘管的觸發(fā)相位，就有了5個(gè)比橋式電路性能更好、電路數量更多、更高形式的A類(lèi)龔氏橋全電路，因為它不但包含有半波、全波和橋式3類(lèi)經(jīng)典相控電路在內，而且能吸取全波和橋式二類(lèi)相控電路優(yōu)點(diǎn)并克服其缺點(diǎn)，能輸出半波、全波、橋式、全波與橋式二者相結合的4種電壓波形;突破了經(jīng)典相控整流最大輸出電流和最高功率因數點(diǎn)只能在最高輸出電壓點(diǎn)上的傳統;開(kāi)創(chuàng )了在輸出電壓最高值和中心值各有一個(gè)最佳功率因數點(diǎn)的先河;突破了自有相控整流電路一百多年以來(lái)，最大輸出電流點(diǎn)只能在最高輸出電壓點(diǎn)上，最大直流輸出電流隨輸出電壓調低而減少的科學(xué)規律;創(chuàng )立了中心輸出電壓點(diǎn)上有一個(gè)比最高輸出電壓點(diǎn)上輸出電流還要大1．4倍的最大輸出電流點(diǎn)，中心輸出電壓點(diǎn)上也有一個(gè)最佳功率因數點(diǎn)的新電路，并且導出龔氏橋全電路輸出直流電壓的2個(gè)計算公式。
該計算公式中，全波和橋式2種電路都只是其中2個(gè)特例而已，這足以說(shuō)明龔氏橋全電路是比教科書(shū)上頂級橋控電路更好的電路。世界單相相控整流電路才由三大類(lèi)“變成”半波、全波、橋式和龔氏橋全四大類(lèi)，相控科學(xué)才有“經(jīng)典”和“復式”2個(gè)科學(xué)分支。龔氏橋全電路創(chuàng )造出在半壓輸出時(shí)，最大輸出電流可達橋式電路最大允許電流的1．4倍，在半壓以下調節范圍內輸出電流比橋控電路大2倍的奇跡，在30%～100%輸出電壓調節范圍內輸出電流大于橋控最大輸出電流的奇跡。龔氏橋全電路在很大程度上解決了相控整流對電網(wǎng)的諧波電流污染的重大問(wèn)題，使相控整流電路面目一新，解決了有史以來(lái)，相控整流電路在調低電壓(深控)時(shí)功率因數低、諧波大、效率低等多個(gè)難以解決的世界性難題。它只比橋控電路多一個(gè)整流或可控整流器件。第2個(gè)發(fā)明專(zhuān)利是將A類(lèi)龔氏橋全電路中間的最佳功率因數點(diǎn)可以上、下移動(dòng)的B類(lèi)龔氏橋全電路，以及中間有多個(gè)最佳功率因數點(diǎn)的AB類(lèi)龔氏橋全電路。將A類(lèi)龔氏橋全電路中心點(diǎn)上的1個(gè)最佳功率因數點(diǎn)向上移動(dòng)可得5個(gè)電路，向下移動(dòng)也可得5個(gè)電路，因此B類(lèi)龔氏橋全電路共有10個(gè)基礎電路，而它們所使用的器件數量和A類(lèi)龔氏橋全電路相同。A類(lèi)龔氏橋全電路的結構特征是在單相橋控電路的一個(gè)直流輸出端與次級繞組中心抽頭(新增加)上連接有一個(gè)整流或可控整流器件，它們在電壓中心點(diǎn)上有一個(gè)最佳功率因數點(diǎn)。B類(lèi)龔氏橋全電路只要在A(yíng)類(lèi)龔氏橋全電路中的變壓器次級中心抽頭上、下二段繞組中各增加一個(gè)抽頭，并將連接在A(yíng)類(lèi)龔氏橋全電路交流輸入端，上面或下面2個(gè)器件的一端分別連接在新增加的2個(gè)抽頭上即可獲得中間最佳功率因數點(diǎn)可上、下移動(dòng)的10個(gè)B類(lèi)龔氏橋全電路。使僅比橋控多一個(gè)器件的龔氏橋全電路增加到15種，是現有單相可控整流電路總數量的2倍多。
AB類(lèi)龔氏橋全電路中間電壓值有2個(gè)最佳功率因數點(diǎn)的龔氏橋全電路，它比王兆安主編的《電力電子技術(shù)》教科書(shū)中的中間電壓值有2個(gè)最佳功率因數點(diǎn)的“三重聯(lián)結電路”可節省一半數量(6個(gè))晶閘管及其降壓損耗，具有電路簡(jiǎn)單、可靠、性能也遠優(yōu)于教科書(shū)上的那種電路。第3個(gè)發(fā)明專(zhuān)利是用1個(gè)拓撲龔氏橋全電路對直流電機同時(shí)實(shí)現調壓調速和調磁調速的寬調速裝置。用市電可控整流輸出拖動(dòng)直流電機廣泛應用于各行各業(yè)，直流電機單獨用調壓調速或者調磁調速都不能實(shí)現1∶10以上的寬調速。只有同時(shí)對直流電機實(shí)施調壓調速和調磁調速才能實(shí)現直流電機1∶30的寬調速。對于電力機車(chē)和交流無(wú)軌電車(chē)用的直流電機就要求實(shí)現寬調速，但是現有的任何一個(gè)可控整流電路都沒(méi)有辦法對直流電機實(shí)現寬調速。龔氏橋全電路中增加2個(gè)晶閘管和2個(gè)二極管的拓撲龔氏橋全電路就可用一個(gè)可控整流電路同時(shí)對直流電機實(shí)施調壓和調磁的寬調速。同時(shí)也發(fā)明了在現有單相橋式可控整流電路中增加2個(gè)晶閘管和2個(gè)二極管的拓撲單相橋式可控整流對直流電機的寬調速電路，和在三相橋式可控整流電路中增加3個(gè)晶閘管和3個(gè)二極管的拓撲三相可控整流對直流電機的寬調速電路。電工科學(xué)是自然科學(xué)中非常重要的學(xué)科，幾乎各單位都有電工，各大中專(zhuān)院校都有電工教研室。在電工科學(xué)中半波、全波和橋式3類(lèi)經(jīng)典基礎可控整流電路又是占有極其重要的地位，它們都是在大中專(zhuān)院校所有電工科學(xué)課堂上都要講授的最重要的基礎電路，這3類(lèi)經(jīng)典電路中性能最好的一類(lèi)電路是橋式可控整流電路，它也是經(jīng)典相控科學(xué)中的頂級電路。文章只在電工教科書(shū)和工具書(shū)中所示的頂級橋式可控整流電路圖上“畫(huà)”上一個(gè)粗線(xiàn)所示的二極管或晶閘管，并改變它們觸發(fā)相位，其性能遠遠超越教科書(shū)上頂級橋式可控整流電路的第4類(lèi)電路———龔氏橋全整流電路(圖1中3種電路和輸出波形，將圖1中“2”和“3”中粗線(xiàn)所示的晶閘管換成二極管又可得2個(gè)從半壓起調的電路)。龔氏橋全電路半壓以下能輸出2倍于橋式可控整流電路的電流、4倍于橋式可控整流電路的功率、諧波減少50%以上，變壓器次級減少銅耗75%以上等優(yōu)越性能，能使可控整流裝置減少30%的容量、功率因數提高、諧波和損耗減少。
2龔氏斬控式交流調壓電路
龔氏斬控式交流調壓電路只是用2個(gè)反方向并聯(lián)的單向晶閘管V3、V4組成的雙向續流開(kāi)關(guān)，替代高校電力電子技術(shù)教科書(shū)上的斬控式交流調壓電路中的由2個(gè)全控器件V3、V4和2個(gè)二極管VD3、VD4組成的續流雙向開(kāi)關(guān)［1，2］。由于半控器件晶閘管的過(guò)載能力和可靠性比全控器件高，成本比全控器件低，2個(gè)晶閘管組成的續流雙向開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗又遠比2個(gè)全控器和2個(gè)二極管組成的續流雙向開(kāi)關(guān)的損耗低等原因�，F有高校電力電子技術(shù)教科書(shū)上的斬控式交流調壓電路會(huì )被龔氏斬控式交流調壓電路所取代。應用龔氏斬控式交流調壓電路設計的龔氏斬控式交流穩壓電源主電路原理圖如圖2所示。它由二極管D1、D2和全控器件V1、V2組成主控雙向開(kāi)關(guān)，由晶閘管V3、V4成續流雙向開(kāi)關(guān)。主控雙向開(kāi)關(guān)、續流雙向開(kāi)關(guān)及其控制電路和高頻變壓器B共同構成龔氏斬控式交流調壓電路。高頻變壓器B的2個(gè)次級繞組W1和W2分別通過(guò)V5、V6或V7、V8轉換輸出電壓是繞組W1或繞組W2的高頻電壓。再通過(guò)LC濾去高頻諧波得到的電壓與市電頻率相同，方向相同或相反的補償用壓。不論升壓還是降壓所需補償電壓的大小都由調節主控開(kāi)關(guān)中的2只全控器件的通斷比來(lái)調節而達到輸出電壓穩定的目的。由圖2可知:V5、V6、V7、V84個(gè)晶閘管連接成2個(gè)雙向交流轉換開(kāi)關(guān)，是可使用1個(gè)單相全控橋晶閘管模塊的(只要將2個(gè)輸出端相連)。因此，整個(gè)交流穩壓電源只要1塊全控器件模塊和1塊半晶閘管模塊，1個(gè)控制觸發(fā)塊，1個(gè)高頻變壓器，1個(gè)高頻濾波電感和1個(gè)高頻濾波電容。由圖2可知龔氏斬控交流穩壓電源是只經(jīng)過(guò)一次高頻斬控變換的交流穩壓電源，它比現在所有至少通過(guò)3次高頻變換的補償式交流穩壓電源簡(jiǎn)單、成本低、可靠性好，是一種很有發(fā)展前景的交流穩壓電源新品種。對于只要降壓穩壓的路燈交流穩壓電源來(lái)說(shuō)，高頻變壓器B都只要1個(gè)次級繞組，也少用1塊晶閘管模塊，它們的結構就變得更簡(jiǎn)單了。
3結束語(yǔ)
龔氏橋整流全電路是比單相半波、全波和橋式3類(lèi)經(jīng)典電路中頂級橋式相控整流電路更好的第4類(lèi)電路，它一定程度上解決了百年相控整流電路在調低電壓時(shí)存在功率因數低、諧波大、整流效率低等多個(gè)難以解決的世界難題，它在相控整流電路中是性能更好的電路，現已走進(jìn)國內很多所高校的電工和電力電子技術(shù)課堂。龔氏斬控式交流調壓電路，應用它設計龔氏斬控交流穩壓電源，只要1次AC/AC變換，電路非常簡(jiǎn)單、可靠。電力電子技術(shù)教科書(shū)上早就有Cuk斬波電路、Boost斬波電路、Boost-Buck斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路等電路，電力電子技術(shù)教科書(shū)上也應有龔氏橋全整流電路和龔氏斬控式交流調壓電路等電路。
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