一种用于蓝宝石晶体生长的三相交流电源的制作方法

一种用于蓝宝石晶体生长的三相交流电源
【技术领域】
1.本实用新型涉及蓝宝石晶体生长设备领域，具体涉及一种用于蓝宝石晶体生长的三相交流电源。


背景技术：

2.蓝宝石晶体广泛用于军用红外装置、卫星空间技术、探测和高功率强激光等领域。当前蓝宝石晶体的生长工艺主要包括提拉法、泡生法、热交换法和导模法等。其中，利用泡生法工艺生长的蓝宝石晶体占据市场总量的70％左右，其生长过程需要利用三相交流电源。现有技术的三相交流电源的谐波含量较多，开关频率较低，并且连接加热负载后产生的热场温度分布不均匀，这都不利于蓝宝石晶体的均匀一致生长，从而降低蓝宝石晶体的生产质量。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能利于蓝宝石晶体的均匀一致生长的用于蓝宝石晶体生长的三相交流电源。
4.为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
5.一种用于蓝宝石晶体生长的三相交流电源，其包括三相不控整流电路、软起动电路、三相tnpc三电平逆变电路、lc滤波电路、隔离变压器t1和晶体生长加热负载，其特征在于：
6.所述三相不控整流电路的三个输入端分别与三相交流电网的ab相、ac相和bc相一一对应连接；
7.所述三相不控整流电路的输出端与所述三相tnpc三电平逆变电路的输入端之间通过所述软起动电路连接；
8.所述三相tnpc三电平逆变电路的输出端与所述lc滤波电路连接；
9.所述lc滤波电路的输出端通过所述隔离变压器t1与所述晶体生长加热负载连接。
10.本实用新型中的用于蓝宝石晶体生长的三相交流电源进一步设置为：
11.所述三相不控整流电路包括二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6；相互串联连接的二极管d1与二极管d4，相互串联连接的二极管d3与二极管d6，相互串联的二极管d2与二极管d5之间相互并联连接；
12.所述三相交流电网的ab相、ac相和bc相分别连接在二极管d1与二极管d4之间，二极管d3与二极管d6之间，二极管d2与二极管d5之间；
13.所述软起动电路包括并联连接的开关k1和电阻r1。
14.所述三相tnpc三电平逆变电路包括并联连接的电阻r1、电阻r2和tnpc三电平逆变拓扑电路；
15.所述tnpc三电平逆变拓扑电路包括相互并联连接的a相tnpc拓扑电路、b相tnpc拓扑电路和c相tnpc拓扑电路；
16.所述a相tnpc拓扑电路包括电容c1、电容c2、场效应管ta1、场效应管ta2、场效应管ta3、场效应管ta4和电感l1；电容c1与电容c2串联连接形成第一支路，场效应管ta1与场效应管ta2串联连接形成第二支路，场效应管ta3、场效应管ta4和电感l1串联连接形成第三支路，并且第一支路、第二支路和第三支路并联连接；
17.所述b相tnpc拓扑电路包括电容c5、电容c6、场效应管tb1、场效应管tb2、场效应管tb3、场效应管tb4和电感l2；电容c5与电容c6串联连接形成第四支路，场效应管tb1与场效应管tb2串联连接形成第五支路，场效应管tb3、场效应管tb4和电感l2串联连接形成第六支路，并且第四支路、第五支路和第六支路并联连接；
18.所述c相tnpc拓扑电路包括电容c3、电容c4、场效应管tc1、场效应管tc2、场效应管tc3、场效应管tc4和电感l3；电容c3与电容c4串联连接形成第七支路，场效应管tc1与场效应管tc2串联连接形成第八支路，场效应管tc3、场效应管tc4和电感l3串联连接形成第九支路，并且第七支路、第八支路和第九支路并联连接。
19.所述lc滤波电路包括相互并联连接的电容c7、电容c8和电容c9；
20.电容c7与所述a相tnpc拓扑电路串联连接，电容c8与所述b相tnpc拓扑电路串联连接，电容c9与所述c相tnpc拓扑电路串联连接。
21.所述隔离变压器包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、第一输出端、第二输出端和第三输出端；
22.所述第一输入端与所述a相tnpc拓扑电路连接，所述第二输入端与所述b相tnpc拓扑电路连接，所述第三输入端与所述c相tnpc拓扑电路；
23.所述晶体生长加热负载包括并联连接的电阻r4、电阻r5和电阻r6；
24.所述第一输出端与所述电阻r4连接，所述第二输出端与所述电阻r5连接，所述第三输出端与所述电阻r6连接。
25.与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：上述的用于蓝宝石晶体生长的三相交流电源包括三相不控整流电路、软起动电路、三相tnpc三电平逆变电路、lc滤波电路、隔离变压器t1和晶体生长加热负载，其采用三相tnpc三电平逆变电路结构和正弦波脉宽调制技术对三相交流电网输入的电压进行调制，以此获得波形为三电平的输出电压，并且还利用lc滤波对调制后的电压进行滤波，以使电压波形更接近正弦波，从而降低输出电压的谐波含量、提高电源开关频率、使加热负载产生的热场温度分布均匀，以及改善蓝宝石晶体的生长均匀一致性和生产质量。
【附图说明】
26.图1是本实用新型提供的一种用于蓝宝石晶体生长的三相交流电源的电路结构示意图。
【具体实施方式】
27.下面通过具体实施例对本实用新型所述的用于蓝宝石晶体生长的三相交流电源作进一步的详细描述。
28.如图1所示，为本实用新型实施例提供的一种用于蓝宝石晶体生长的三相交流电源的电路结构示意图。
29.该用于蓝宝石晶体生长的三相交流电源包括三相不控整流电路、软起动电路、三相tnpc三电平逆变电路、lc滤波电路、隔离变压器t1和晶体生长加热负载。
30.该三相不控整流电路的三个输入端分别与三相交流电网的ab相、ac相和bc相一一对应连接；该三相不控整流电路的输出端与该三相tnpc三电平逆变电路的输入端之间通过该软起动电路连接；该三相tnpc三电平逆变电路的输出端与该lc滤波电路连接；该lc滤波电路的输出端通过该隔离变压器t1与该晶体生长加热负载连接。
31.优选地，该三相不控整流电路包括二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6；相互串联连接的二极管d1与二极管d4，相互串联连接的二极管d3与二极管d6，相互串联的二极管d2与二极管d5之间相互并联连接；该三相交流电网的ab相、ac相和bc相分别连接在二极管d1与二极管d4之间，二极管d3与二极管d6之间，二极管d2与二极管d5之间；该软起动电路包括并联连接的开关k1和电阻r1。
32.优选地，该三相tnpc三电平逆变电路包括并联连接的电阻r1、电阻r2和tnpc三电平逆变拓扑电路；该tnpc三电平逆变拓扑电路包括相互并联连接的a相tnpc拓扑电路、b相tnpc拓扑电路和c相tnpc拓扑电路；该a相tnpc拓扑电路包括电容c1、电容c2、场效应管ta1、场效应管ta2、场效应管ta3、场效应管ta4和电感l1；电容c1与电容c2串联连接形成第一支路，场效应管ta1与场效应管ta2串联连接形成第二支路，场效应管ta3、场效应管ta4和电感l1串联连接形成第三支路，并且第一支路、第二支路和第三支路并联连接；该b相tnpc拓扑电路包括电容c5、电容c6、场效应管tb1、场效应管tb2、场效应管tb3、场效应管tb4和电感l2；电容c5与电容c6串联连接形成第四支路，场效应管tb1与场效应管tb2串联连接形成第五支路，场效应管tb3、场效应管tb4和电感l2串联连接形成第六支路，并且第四支路、第五支路和第六支路并联连接；该c相tnpc拓扑电路包括电容c3、电容c4、场效应管tc1、场效应管tc2、场效应管tc3、场效应管tc4和电感l3；电容c3与电容c4串联连接形成第七支路，场效应管tc1与场效应管tc2串联连接形成第八支路，场效应管tc3、场效应管tc4和电感l3串联连接形成第九支路，并且第七支路、第八支路和第九支路并联连接。
33.优选地，该lc滤波电路包括相互并联连接的电容c7、电容c8和电容c9；电容c7与该a相tnpc拓扑电路串联连接，电容c8与该b相tnpc拓扑电路串联连接，电容c9与该c相tnpc拓扑电路串联连接。
34.优选地，该隔离变压器包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、第一输出端、第二输出端和第三输出端；该第一输入端与该a相tnpc拓扑电路连接，该第二输入端与该b相tnpc拓扑电路连接，该第三输入端与该c相tnpc拓扑电路；该晶体生长加热负载包括并联连接的电阻r4、电阻r5和电阻r6；该第一输出端与该电阻r4连接，该第二输出端与该电阻r5连接，该第三输出端与该电阻r6连接。
35.本实用新型的工作原理是：该用于蓝宝石晶体生长的三相交流电源在工作时与三相交流电网连接，其中三相交流电网的ab相、ac相和bc相分别与三相不控整流电路的三个输入端一一对应连接，这样三相交流电网输出的三相交流电经过三相不控整流电路和三相tnpc三电平逆变电路的整流逆变调制后，会转换成三电平电压；其中软起动电路是用于连接三相不控整流电路和三相tnpc三电平逆变电路，从而保证这两个电路的正常平稳电传输。接着该三电平电压经过lc滤波电路的滤波作用后会转换为正弦波电压，并且lc滤波电路能够有效降低电压中的谐波含量。最后该正弦波电压经过隔离变压器t1对晶体生长加热
负载上的电阻供电，从而使电阻产生温度分布平衡的热场，以此为蓝宝石晶体生长提供恒温条件。
36.上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本实用新型；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。