CN101521468A - 高频化的三相中压供电的整流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的高频化的三相中压供电的整流器，包括多脉整流电路，移相变压器和三相电压高频调制部分，三相高频调制部分中的每相桥臂包括n个串联的单相整流模块及数量为单相整流模块m倍的逆变器模块，n和m分别为正整数，m个逆变器模块串联构成一组串级逆变器，形成n个串级逆变器，移相变压器原边绕组的数量与逆变器模块的数量相同，每个单相整流模块的输出端与一组串级逆变器的输入端相连，各逆变器模块的输出端分别与移相变压器各原边绕组相连，移相变压器的副边绕组和多脉整流电路相连。本发明可有效减小整套整流设备的体积和重量，实现三相中压供电整流器的小型化和轻量化，并保留传统工频多脉整流器电网侧功率因数接近于1的优点。

Description

高频化的三相中压供电的整流器

技术领域

本发明属于电力电子功率变换技术，具体涉及一种三相中压供电的整流器的拓扑结构。

背景技术

目前6kV及以上的三相中压供电的整流器大多通过三相工频变压器降压后经二极管或晶闸管构成的多脉整流器供给直流电。通常，这类工频变压器体积庞大，价格高，在传统整流器设备中占了大部分的成本。工频变压器的损耗也非常巨大，不符合节能的要求，而且采用二极管的整流器不能调压。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种高频化的三相中压供电的整流器，以减小整流设备的体积和重量，并实现网侧功率因数接近1与网侧电流谐波含量较小，输出电压可调。

本发明的高频化的三相中压供电的整流器，包括多脉整流电路，移相变压器和三相电压高频调制部分，三相高频调制部分中的每相桥臂包括n个串联的单相整流模块，n为正整数，以及数量为单相整流模块m倍的逆变器模块，m为正整数，m个逆变器模块串联构成一组串级逆变器，形成n个串级逆变器，移相变压器原边绕组的数量与逆变器模块的数量相同，每个单相整流模块的输出端与一组串级逆变器的输入端相连，各逆变器模块的输出端分别与移相变压器各原边绕组相连，移相变压器的副边绕组和多脉整流电路相连，每相桥臂的n个串联的单相整流模块的首端分别接三相电网进线，末端连接成中点，形成三相桥臂。

上述的移相变压器原边绕组匝数可以相同也可以不同，为保证多个模块均压，通常使移相变压器原边绕组匝数相同。

本发明中，逆变器模块的数量一般为单相整流模块的1、2或3倍。

本发明中，所说的单相整流模块可以是四个二极管、晶闸管或全控器件组成的全桥整流电路，逆变器模块可以是两电平或者三电平全桥逆变电路。多脉整流电路可以由二极管、晶闸管或全控器件组成，当多脉整流电路由全控器件组成后，可以实现能量的双向流动。

本发明中，所说的移相变压器可以是一个三相变压器，也可以是三个单相变压器组成。

本发明的有益效果在于：由于逆变器模块工作在高频调制方式下，其开关频率一般为工频的一百倍以上，因此变压器的尺寸和重量可以大幅降低，从而减小了整套整流设备的体积和重量。通过调节逆变器模块的占空比，可实现输出电压可调，并保留工频多脉整流器电网侧消除谐波的优点。同时当负载电流过大时，调制级可通过减小占空比加以限制，负载电流短路时可直接关闭整流器实现保护。

附图说明

图1高频化的三相中压供电的整流器构成示意图；

图2为本发明的一个具体实施电路图；

图3脉冲调制波形图，(a)后半周倒相调制波形图，(b)交流波先整流再调制后的波形图；

图4占空比调制的脉冲波形，(a)占空比等于1，(b)占空比小于1；

图5变压器接法示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明的高频化的三相中压供电的整流器，包括多脉整流电路CON’，移相变压器Ta和三相电压高频调制部分，三相高频调制部分中的每相桥臂包括n个串联的单相整流模块CON，n为正整数，以及数量为单相整流模块CON的m倍的逆变器模块INV，m为正整数，m个逆变器模块INV串联构成一组串级逆变器，形成n个串级逆变器，移相变压器Ta原边绕组的数量与逆变器模块INV的数量相同，每个单相整流模块CON的输出端与一组串级逆变器的输入端相连，各逆变器模块INV的输出端分别与移相变压器Ta各原边绕组相连，移相变压器Ta的副边绕组和多脉整流电路CON’相连，每相桥臂的n个串联的单相整流模块CON的首端分别接三相电网进线，末端连接成中点，形成三相桥臂。

图2所示具体实施电路，可将电网的6600V三相交流电压变换到800V直流电压。交流侧用三级模块串连，移相变压器采用一个三相变压器，输出多脉整流电路为24脉整流接法。以下将结合该实施案例进行详细的说明。

本例中的三相电压高频调制部分包括包括A、B、C三个单相桥臂，每相桥臂包括3(n＝3)个串联的单相整流模块CON，3(m＝1)个逆变器模块INV。图例中，单相整流模块CON为四个二极管组成的全桥整流电路，逆变器模块INV为两桥臂的两电平全桥逆变电路。每个单相整流模块CON的输出端与一个逆变器模块INV的输入端相连。移相变压器Ta为三相变压器，每相原边有3个绕组，副边具有6个绕组，逆变器模块INV的输出端分别和移相变压器Ta的一个原边绕组相连。多脉整流电路CON’为传统的24脉整流接法，为四组三相二极管全桥整流电路串联而成，其输入端接变压器的副边输出绕组，具体接法下面将作详细介绍。

整流器高频化的调制在逆变器模块INV中完成。调制波为幅值等于±1的方脉冲波，如图3(a)所示。调制波的特点是在被调制波，如50Hz正弦波的正半波期间(0～180°)，按正常+1、—1交替的方式调制；在50Hz正弦波的负半波期间(180°～360°)，将调制波的相位颠倒。也就是说：交变的被调制波反向时，调制波也倒相。图3(b)为50Hz正弦波经上述调制波调制之后的电压波。

逆变器模块INV的输出分别一一对应接到移相变压器Ta的原边。本例中每相3个逆变器模块INV分别接到移相变压器其中一相的3个原边线圈。为保证多个模块均压，使移相变压器Ta的原边绕组匝数相同。

图3中的调制脉冲都是正负脉冲相连的，即占空比为1，如图4(a)所示，占空比为1时输出电压最大。调制级的逆变模块也可以工作在占空比小于1的状态，如图4(b)所示。控制占空比小于1，则可控制输出电压降低，因此本发明的整流器还具有电压调整的功能。

经过以上的调制，三相电压相加为零，因此移相变压器可采用一个三相变压器或者是三个单相的变压器组成。本例中采用了图5所示的三相变压器。

图5所示的三相变压器每铁柱有3个独立的原边，分别接到高频调制级每相3个逆变器的输出。每铁柱有6个副边，A相为a₁x₁、a₂x₂、a₃x₃、a₄x₄、a₅x₅、a₆x₆，B相、C相也类似。当副边按图5(b)～(e)接法时，各副边匝比为： $a_1{x}_1:a_2{x}_2:a_3{x}_3:a_4{x}_4:a_5{x}_5:a_6{x}_6=1:\sqrt{3}:0.816:0.816:0.299:0.299$

6个副边电流之比依次为： $1:\frac{1}{\sqrt{3}}:1:1:1:1$

6个副边可按图5(b)(c)(d)(e)接成星形、三角形、-15°曲折形、+15°曲折形四种接法。变压器副边按以上方式连接后，引出4组共12个端子，即a₁b₁c₁、a₂b₂c₂、a₃b₃c₃、a₄b₄c₄，它们接到多脉整流电路。这样的接法，和传统工频24脉整流器一样，可以消除各主要的谐波电流，能满足极大多数应用的需要。

本例中的多脉整流电路为24脉整流，包含4个串联的三相整流模块CON’，它的输入为移相变压器输出的4组三相电压(a₁b₁c₁、a₂b₂c₂、a₃b₃c₃、a₄b₄c₄)。四个三相整流模块串联，输出的直流电压中除了调制频率引起的高频谐波分量外，几乎是非常平直的直流电压。经过LC滤波之后，可以得到平滑的800V直流电压。

Claims (7)

1.高频化的三相中压供电的整流器，包括多脉整流电路(CON’)，其特征在于还包括移相变压器(Ta)和三相电压高频调制部分，三相高频调制部分中的每相桥臂包括n个串联的单相整流模块(CON)，n为正整数，以及数量为单相整流模块(CON)的m倍的逆变器模块(INV)，m为正整数，m个逆变器模块(INV)串联构成一组串级逆变器，形成n个串级逆变器，移相变压器(Ta)原边绕组的数量与逆变器模块(INV)的数量相同，每个单相整流模块(CON)的输出端与一组串级逆变器的输入端相连，各逆变器模块(INV)的输出端分别与移相变压器(Ta)各原边绕组相连，移相变压器(Ta)的副边绕组和多脉整流电路(CON’)相连，每相桥臂的n个串联的单相整流模块(CON)的首端分别接三相电网进线，末端连接成中点，形成三相桥臂。

2.根据权利要求1所述的高频化的三相中压供电的整流器，其特征在于：移相变压器(Ta)原边绕组匝数相同或不相同。

3.根据权利要求1所述的高频化的三相中压供电的整流器，其特征在于：m等于1、2或3。

4.根据权利要求1所述的高频化的三相中压供电的整流器，其特征在于：单相整流模块(CON)为四个二极管、晶闸管或全控器件组成的全桥整流电路。

5.根据权利要求1所述的高频化的三相中压供电的整流器，其特征在于：逆变器模块(INV)为两电平或者三电平全桥逆变电路。

6.根据权利要求1所述的高频化的三相中压供电的整流器，其特征在于：移相变压器(Ta)是一个三相变压器，或者是三个单相变压器组成。

7.根据权利要求1所述的高频化的三相中压供电的整流器，其特征在于：多脉整流电路(CON’)由二极管、晶闸管或全控器件组成。

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