CN105305852A - 一种采用直流侧电流注入法的低谐波12脉波整流器 - Google Patents
一种采用直流侧电流注入法的低谐波12脉波整流器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种采用直流侧电流注入法的低谐波12脉波整流器，属于电力电子技术领域。它解决了传统12脉波整流器输出电流谐波多、电流谐波总畸变率高的问题，并有效降低了系统的体积和容量。本发明以采用星形联结自耦变压器的12脉波整流器为基础，在平衡电抗器两端直接并联DSP控制的单相全桥逆变器，通过控制单相全桥逆变器的输出电流，对两组三相整流桥的输出电流进行调制，进而达到抑制12脉波整流器输入电流谐波的目的。本发明适用于对电流谐波要求较为严格的大功率整流场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用直流侧电流注入法的低谐波12脉波整流器，属于电力电子技术领域。
背景技术
AC/DC变换系统（整流器）是应用最为广泛、数量最多、装机容量最大的一类电力电子能量变换装置，在工农业生产中已经得到了广泛的应用。但整流装置的强非线性使整流器输入电流中含有大量谐波。因此，有效抑制整流器产生的谐波，将总谐波畸变率控制在允许范围内，成为电力电子技术研究的重要课题。
在大功率整流器中，随着电压、电流功率等级的加大，谐波污染对电网的污染会进一步加大。多脉波整流技术是大功率整流技术中抑制谐波的一种主要方法。传统的多脉波整流器使用隔离变压器对多个整流桥进行移相多重联结，使一个整流桥产生的谐波可以被其他整流桥产生的谐波所抵消，达到抑制输入电流谐波，提高功率因数的目的。在大量多脉波整流器拓扑中，12脉波整流器是结构最简单、功率密度最高的整流器。但是，12脉波整流器的输入电流THD值约为15%，这远大于电网对接入整流器的谐波要求。为了抑制12脉波整流器中电流谐波，本发明提出了一种采用直流侧电流注入法的低谐波12脉波整流器。
发明内容
为了改善12脉波整流器的谐波抑制能力，本发明提出了一种采用直流侧电流注入法的低谐波12脉波整流器。直流侧电流注入法使用单相全桥逆变器来实现，单相全桥逆变器接在平衡电抗器的两端，通过DSP控制器控制单相全桥逆变电路中IGBT的导通和关断，向平衡电抗器注入电流，改变两个整流桥的输出电流，进而达到抑制交流测输入电流谐波的目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：采用直流侧电流注入法的12脉波整流器，包括：星形联结自耦变压器，整流桥，零序电流抑制器，平衡电抗器，单相全桥逆变电路，DSP控制器。
星形联结自耦变压器为移相变压器，其输入端接三相交流电压，输出两组存在30°相位差的三相电压，对两组整流桥供电；两组三相整流桥采取并联方式，使输出电流加倍；整流桥的输出端与零序电流抑制器相连，由于零序电流抑制器对三倍频电流有高阻性，可以确保两组整流桥的每个二极管导通120°；零序电流抑制器后接平衡电抗器，平衡电抗器可以吸收两整流桥输出电压的瞬时差，确保两整流桥独立并联工作；单相全桥逆变器接在平衡电抗器的两端，DSP控制器通过控制全桥逆变电路中IGBT的导通和关断，向平衡电抗器注入补偿电流，以提高交流侧电能质量，使12脉波整流器输入电流波形趋于正弦；负载的一端与平衡电抗器的输出相连接，另一端与并联桥式整流电路相连接。
本发明的优点为：采用星形联结自耦变压器作为移相变压器，可以大幅度减少系统的体积和成本，提高功率密度；单相全桥逆变器直接接在平衡电抗器的两端，结构简单，易于实现。因此，本发明在有效抑制12脉波整流器输入电流谐波的同时，有效减少了系统的体积和成本，提高了功率密度。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图。
图2为本发明所采用的星形联结变压器绕组结构图。
图1至图2中i a、i b、i c为三相输入电流，i 1、i 2、i 3为自耦变压器输入绕组电流，i a1、i b1、i c1、i a2、i b2、i c2为自耦变压器输出绕组电流，也即三相全桥整流电路的输入电流，i d1、i d2为平衡电抗器的输入电流，i x1、i x2为注入平衡电抗器的补偿电流，I d为负载电流，u d1、u d2为两整流桥输出电压，u m为平衡电抗器两端的电压，v dc为全桥逆变电路中的电压源，N Y为自耦变压器输入绕组匝数，N q为输出绕组匝数。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式所述的采用直流侧电流注入法的12脉波整流器，它包括星形联结自耦变压器1、两组三相整流桥2、零序电流抑制器3、平衡电抗器4、负载5、单相全桥逆变电路6、DSP控制器7。
星形联结自耦变压器1作为移相变压器，其输入端与三相交流电压u a、u b、u c相连，输出端接两组三相整流桥2，变压器的输出端a1、b1、c1接整流桥Ⅰ，变压器的输出端a2、b2、c2接整流桥Ⅱ，变压器向整流桥输出存在30°相位差的三相输出电压，与输入电压分别相差±15°，即一组输出电压超前输入电压15°，另一组输出电压滞后输入电压15°；两组桥式整流电路2采取并联的方式，使输出电流加倍；并联桥式整流电路的输出与零序电流抑制器3的输入端（m1、m2、m3、m4）相连，由于零序电流抑制器3对三倍频电流有高阻性，从而确保两组整流桥的每个二极管导通120°，零序电流抑制器3输出端（n1、n3）后接平衡电抗器4；平衡电抗器4吸收两整流桥2输出电压的瞬时差，确保两整流桥独立并联工作；单相全桥逆变电路6接在平衡电抗器的两端，DSP控制器7通过控制单相全桥逆变电路6中IGBT的导通和关断，向平衡电抗器4注入补偿电流，改变两个三相整流桥的输出电流，使12脉波整流器输入电流波形趋于正弦；负载的一端与平衡电抗器的输出（M）相连接，另一端与零序电流抑制器（n2端、n4端）相连接。
本实施方式所述的采用直流侧电流注入法的12脉波整流器，通过向系统直流侧的平衡电抗器注入补偿电流，达到抑制输入电流谐波的效果。
具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一的进一步限定，所述的采用直流侧电流注入法的12脉波整流器，其抑制谐波的具体方法是：
采用DSP数字控制器，通过分析整流系统同步过零信号、负载电流等得出系统所需要的补偿电流，在与实际补偿电流进行比较，利用得到的差值对单相全桥逆变电路进行控制，向系统注入所需要的电流，使交流测输入电流波形趋于正弦。
具体实施方式三：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一的进一步限定，所述自耦变压器为星形连接，所述自耦变压器1由三个磁芯柱（1）、磁芯柱（2）、磁芯柱（3）和原边绕组a、绕组b、绕组c；副边绕组a1、绕组b1、绕组c1、绕组a2、绕组b2、绕组c2九个绕组组成，
绕组a、绕组b、绕组c为自耦变压器1的输入绕组，采用星形连接，即正极性端分别与三相交流电压u a、u b、u c相连，负极性端连接两个整流桥2的输入端，绕组a1、绕组b1、绕组c1、绕组a2、绕组b2、绕组c2为自耦变压器1的输出绕组，九个绕组极性相同。
绕组a、绕组b1和绕组c2位于同一磁芯柱上，绕组b1和绕组c2产生的电流方向相同，与绕组a产生的电流方向相反，绕组a的输入端又分别与绕组a1和绕组a2的负极性端相连，即a相电流i a分流成电流i 1、电流i a1和电流i a2。
绕组b、绕组c1和绕组a2位于同一磁芯柱上，绕组c1和绕组a2产生的电流方向相同，与绕组b产生的电流方向相反，绕组b的输入端又分别与绕组b1和绕组b2的负极性端相连，即b相电流i b分流成电流i 2、电流i b1和电流i b2。
绕组c、绕组a1和绕组b2位于同一磁芯柱上，绕组a1和绕组b2产生的电流方向相同，与绕组c产生的电流方向相反，绕组c的输入端又分别与绕组c1和绕组c2的负极性端相连，即c相电流i c分流成电流i 3、电流i c1和电流i c2。
本实施方式采用星形自耦变压器，由于变压器结构经过优化设计，且自耦变压器自身低容量的特点，所以可显著减小变压器的体积和成本。
Claims (6)
1.一种采用直流侧电流注入法的12脉波整流器，其特征在于，它包括：星形联结自耦变压器（1）、两组三相整流桥（2）、零序电流抑制器（3）、平衡电抗器（4）、负载（5）、单相全桥逆变电路（6）和DSP控制器（7）；星形联结自耦变压器（1）作为移相变压器，其输入端接三相交流电压，输出端接整流桥（2），星形联结自耦变压器（1）输出两组存在30°相位差的三相电压，与输入电压分别相差±15°；整流桥（2）采取并联的方式，使输出电流加倍；并联桥式整流电路的输出与零序电流抑制器（3）相连，由于零序电流抑制器（3）对三倍频电流有高阻性，从而确保两组整流桥的每个二极管导通120°，零序电流抑制器（3）后接平衡电抗器（4）；平衡电抗器（4）吸收两整流桥（2）输出电压的瞬时差，确保两整流桥独立并联工作；DSP控制器（7）通过控制单相全桥逆变电路（6）中IGBT的导通关断，向平衡电抗器（4）注入补偿电流，以提高交流侧电能质量，使输入电流波形趋于正弦；负载的一端与平衡电抗器（4）的输出相连接，另一端与零序电流抑制器相连接。
2.根据权利要求1所述采用直流侧电流注入法的12脉波整流器，其特征在于：星形联结自耦变压器（1）每个芯柱上有三个绕组，一个输入绕组和两个输出绕组，其中输出绕组匝数为输入绕组匝数的0.268倍，采用该结构变压器的12脉波整流器具有容量低、体积小、绕组结构简单、成本低等特性。
3.根据权利要求1所述采用直流侧电流注入法的12脉波整流器，其特征在于：两组三相整流桥（2）采用二极管作为整流器件的不控式整流桥，因而结构简单、实现难度低。
4.根据权利要求1所述采用直流侧电流注入法的12脉波整流器，其特征在于：零序电流抑制器（3）对三倍频电流具有高阻抗，可以抑制三倍频电流形成零序电流，保证两组三相整流桥（2）的每个二极管导通120°。
5.根据权利要求1所述采用直流侧电流注入法的12脉波整流器，其特征在于：平衡电抗器（4）可吸收两组三相整流桥（2）输出电压的瞬时差，确保两组三相整流桥（2）能够独立并联工作。
6.根据权利要求1所述采用直流侧电流注入的12脉波整流器，其特征在于：通过DSP控制单相全桥逆变电路（6）中IGBT的开通关断，向平衡电抗器（4）注入补偿电流，使流过平衡电抗器（4）的电流为输入电流是正弦波时所需要的电流。
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