CN105391317B - 无平衡电抗器不对称24脉自耦变压整流器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了无平衡电抗器不对称24脉自耦变压整流器。包括不对称24脉自耦变压器，1主3辅4个整流桥，4个整流桥的输出正直接连接作为正输出端，4个整流桥的输出负直接连接作为负输出端，不需要任何平衡电抗器。24脉自耦变压器每相5个绕组，原边为2个具有中间抽头的绕组，副边为2个短绕组和1个具有中间抽头的长绕组；通过巧妙连接其原副边绕组，合理设计绕组变比，构成4组三相输出电压，送至4组整流桥。该变压整流器的输出电压共有24个脉波，对应24个时区，不同时区的输出电压分别为变压器不同绕组电压矢量之和；每个时区只有2个二极管导通，因此，省去了普通24脉自耦变压整流器的6个平衡电抗器，结构相当简单。
Description
技术领域
本发明属于电能变换技术领域，特别涉及了一种无平衡电抗器不对称24脉自耦变压整流器。
背景技术
航空变压整流器目前应用较多的是隔离式12脉变压整流器，利用隔离变压器副边连接形式的不同使两组三相电压产生30°相移，经不控整流后，并联输出含12个脉波的直流电源，消除了输入电流中的5、7次谐波分量。这种方案结构简单，可靠性高，不过其变压器等效容量较大，为输出功率的1.03倍。采用自耦变压器代替隔离变压器，其等效容量仅为输出功率的18％左右，可有效减小变压整流系统的体积和重量，但无论是隔离式还是自耦式12脉整流器，其输入电流总谐波含量(THD)达15％，均大于国军标所规定的10％。增加脉冲数可进一步降低输入谐波含量和输出脉动系数，18脉变压整流系统进一步优化了谐波含量，然而其输入电流THD理论值为10.11％，仍然超出谐波标准的要求。现有的24脉冲自耦变压整流器的输入电流THD理论值为7.6％，符合国军标的要求，然而输出端需要接大量平衡电抗器才能使整流桥独立的工作，系统较复杂。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种无平衡电抗器不对称24脉自耦变压整流器。
为实现上述技术目的，本发明采用的方案为：
一种无平衡电抗器不对称24脉自耦变压整流器，包括不对称24脉冲自耦变压器，1个主整流桥和3个辅整流桥。不对称24脉冲自耦变压器有四组电压输出端(a、b、c，a1、b1、c1，a2、b2、c2，、a3、b3、c3)：主三相电压输出端(a，b，c)和三组辅三相电压输出端(a1、b1、c1，a2、b2、c2，、a3、b3、c3)；三组辅整流桥中两组整流桥(辅整流桥1和辅整流桥3)的输入辅三相电压幅值是主整流桥的输入主三相电压的0.809倍，另一组整流桥(辅整流桥2)的输入辅三相电压幅值是主整流桥的输入主三相电压的0.732倍。4个整流桥输出正直接连接，作为正输出端，4个整流桥输出负直接连接，作为负输出端，不需要任何平衡电抗器直接供给负载。
进一步地，不对称24脉冲自耦变压器每相原边均包括两个绕组(A相：apaq，aman；B相bpbq，bmbn；C相：cpcq，cmcn)，每相副边均包括三个绕组(A相：bmb2，c2cq，cpbn；B相：cmc2，a2aq，apcn；C相：ama2，b2bq，bpan)。以A相为例，该自耦变压器的绕组结构及绕组具体连接方式为：自耦变压器原边绕组(apaq)由中间抽头(a1)分成两段(apa1，a1aq)，其首端(ap)与B相副边长绕组(apcn)的首端(ap)相连接，中间抽头(a1)做出输出电压引出端(a1)，末端(aq)与B相副边短绕组(a2aq)的末端(aq)相连接；原边绕组(aman)由中间抽头(a3)分成两段(ama3，a3an)，其首端(am)与C相副边短绕组(ama2)的首端(am)相连接，中间抽头(a3)做出输出电压引出端(a3)，末端(an)与C相副边长绕组(bpan)的末端(an)相连接；副边短绕组(bmb2)的首端(bm)与B相原边绕组(bmbn)的首端(bm)相连接，其末端(b2)与C相副边短绕组(b2bq)的首端相连接，且作为输出电压引出端(b2)；副边短绕组(c2cq)的首端(c2)与B相副边短绕组(cmc2)的末端(c2)相连接，且作为输出电压引出端(c2)，其末端(cq)与C相原边绕组(cpcq)的末端相连接；副边长绕组(cpbn)由中间抽头(c)分成两段(cpc，cbn)，其首端(cp)与C相原边绕组(cpcq)的首端(cp)相连接，中间抽头(c)连接输入C相交流电，且做为输出电压引出端(c)，其末端(bn)与B相原边绕组(bmbn)的末端(bn)相连接；B相和C相的连接方式与A相相似。
进一步地，自耦变压器的每相原副边绕组之间满足一定的匝比关系，以A相为例，说明具体的匝比关系：原边绕组(apaq)由中间抽头(a1)分成两段(apa1、a1aq)，其匝数分别是Np1、Np2；原边绕组(aman)由中间抽头(a3)分成两段(ama3、a3an)，其匝数分别是Np3、Np4；副边短绕组(bmb2)的匝数为Ns1；副边短绕组(c2cq)的匝数为Ns2；副边长绕组(cpbn)由中间抽头(c)分成两段(cpc、cbn)，其匝数分别是Ns3、Ns4；绕组之间的匝数满足的关系为：Np1∶Np2＝1∶1.306；Np1∶Np3＝1∶1.306；Np1∶Np4＝1∶1；Np1∶Ns1＝1∶0.215；Np1∶Ns2＝1∶0.215；Np1∶Ns3＝1∶0.631；Np1∶Ns4＝1∶0.631。B相和C相的绕组匝数比与A相相似，其匝比推导过程如下：
以说明书附图2的电压矢量图中对应的部分输出线电压矢量进行分析，其中N是输入三相交流电压矢量的中点，是输入相电压矢量，令矢量长度为1，则输出线电压矢量(如)的长度为1.732，且相邻线电压矢量之间的夹角为15°；分别是输出辅相电压矢量。在三角形aNb1中根据余弦定理可求出矢量的长度为：
故Nb3＝Nb1＝0.809
且矢量长度为：1.732-1＝0.732，在三角形b1ab中，用余弦定理可求出bb1的长度为：
所以b1b2＝0.452，在三角形bNb1中，已知三边的长度可求出三个角的角度，其中：
所以三角形bb1bp中角度可求出：
∠b1bbp＝90-52.52＝37.48°，∠bb1bp＝180-120-37.48＝22.52°
在三角形bb1bp中用正弦定理可求出bbp和bpb1的长度为：
进一步的，在三角形b1bqb2中可求出各个角的角度为：
∠bqb1b2＝180-120-52.5＝7.5°
故在三角形b1bqb2中用正弦定理可求出b1bq和bqb2的长度为：
故绕组之间的匝比为(Np1＝Np4)：
进一步地，不对称24脉冲自耦变压整流器的主整流桥中每个二极管在一个交流周期内导通75°，三个辅整流桥只有在线电压瞬时值达到最大时才工作，辅整流桥中的每个二极管在一个周期中只导通15°。主、辅三相电压，在不同时区的矢量之和构成24相输出电压，各输出矢量长度相等、间隔15°，整流后输出含24个脉动的直流电压。
有益效果：与现有的24脉冲自耦变压整流器相比，本发明由于整流桥传输的功率不相等，故不需要平衡电抗器，所有输出线电压矢量经整流桥直接并联输出，二极管依据电压矢量的切换顺序依次选通，结构简单。输入电流仍为24阶梯波，谐波含量小。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明变压器输出线电压矢量示意图；
图3为本发明源侧A相电流波形理论合成图；
图4为本发明源侧A相输入电流仿真波形图；
图5为本发明源侧A相输入电流仿真频谱分析图；
标号说明：Np1，Np2，Np3，Np4——每相原边绕组的匝数，Ns1，Ns2，Ns3，Ns4——每相副边绕组的匝数，a、b、c——主整流桥的电压输入端，a1、b1、c1、a2、b2、c2、a3、b3、c3——三个辅整流桥的电压输入端。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
1、根据发明内容所描述的结构、连接方式和匝数比设计24脉自耦变压器；为了获取良好性能，通常选择硅钢片制作变压器铁芯。然后分析主、辅整流桥电压电流特性，并根据容量设计元器件参数。
2、根据如图2所示的变压器副边a相输出线电压矢量对其工作原理进行分析。四组电压矢量长度不同，其中电网输出电压矢量最长(和)，为主矢量，两个主矢量可以构成线电压矢量每个主矢量与相位差较大的辅矢量(对应的和)构成线电压整流后输出，主整流桥中每个二极管在一个交流周期内导通75°，三个辅整流桥只有在线电压瞬时值达到最大时才工作，辅整流桥中的每个二极管在一个周期中只导通15°。主、辅三相电压，在不同时区的矢量之和构成24相输出电压，各输出线电压矢量长度相等、间隔15°，整流后输出在一个周期中含24个脉动的直流电压。
3、主、辅整流桥电压电流特性分析。由于主桥和辅桥流过电流的有效值均不相同，所以在实际应用中应分别考虑进行器件的选取。整流二极管两端承受的最大电压(VDRmax)是输入线电压的峰值为：
设负载功率为S，主整流桥二极管每个周期内导通75°，考虑1.5倍过载能力，其电流有效值为：
故主整流桥二极管的电流定额为：
辅桥二极管每个周期导通15°，考虑1.5倍过载能力，其电流有效值为：
故辅整流桥二极管的电流定额为：
4、每组整流桥二极管导通分析。图3给出了一个输入周期内，在输出24个脉波区间，各组整流桥二极管的导通情况。设主桥的6个二极管分别为：D1、D2、D3、D4、D5、D6，其中a相电压输入点对应D1的阳极与D2的阴极，b相电压输入点对应D3的阳极与D4的阴极，c相电压输入点对应D5的阳极与D6的阴极，同理，设辅整流桥1的6个二极管分别为：D11、D12、D13、D14、D15、D16；设辅整流桥2的6个二极管分别为：D21、D22、D23、D24、D25、D26；设辅整流桥3的6个二极管分别为：D31、D32、D33、D34、D35、D36；在附图3理论合成的系统源侧电流波形图中，一个交流周期被均分为24份，每15°一个电平，且每个电平内只有两个二极管导通，可以看出，主桥的每个二极管导通75°，辅桥的每个二极管只导通15°，与分析电压矢量的结果一致。
5、为验证本发明的有效性，以附图1的无平衡电抗器不对称24脉冲自耦变压整流器为例用Simulink进行仿真实验。在三相115V/400Hz输入，输出端为1.3Ω纯电阻负载时，附图4(横坐标为时间，纵坐标为电流)是系统的A相输入电流波形图，输入电流含24阶梯波，与理论合成波形图一致，正弦性较好。附图5(横坐标为频率，纵坐标为基波含量)是系统A相输入电流的频谱分析，可见高次谐波的含量较小，测得主要谐波为23、25次谐波，显示总谐波含量为5.86％，谐波含量低。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (2)
1.一种无平衡电抗器不对称24脉自耦变压整流器，其特征在于：包括不对称24脉自耦变压器，1个主整流桥和3个辅整流桥，4个整流桥输出正直接连接，作为正输出端，4个整流桥输出负直接连接，作为负输出端，不需要任何平衡电抗器直接供给负载，结构简单；自耦变压器每相原边均包括两个绕组，A相为apaq和aman，B相为bpbq和bmbn，C相为cpcq和cmcn；每相副边均包括三个绕组，A相为bmb2，c2cq和cpbn，B相为cmc2，a2aq和apcn，C相为ama2，b2bq和bpan；以A相为例，该自耦变压器的绕组结构及绕组具体连接方式为：自耦变压器原边绕组apaq由中间抽头a1分成两段apa1，a1aq，其首端ap与B相副边长绕组apcn的首端ap相连接，中间抽头a1做为输出电压引出端a1，末端aq与B相副边短绕组a2aq的末端aq相连接；原边绕组aman由中间抽头a3分成两段ama3，a3an，其首端am与C相副边短绕组ama2的首端am相连接，中间抽头a3做为输出电压引出端a3，末端an与C相副边长绕组bpan的末端an相连接；副边短绕组bmb2的首端bm与B相原边绕组bmbn的首端bm相连接，其末端b2与C相副边短绕组b2bq的首端b2相连接，且作为输出电压引出端b2；副边短绕组c2cq的首端c2与B相副边短绕组cmc2的末端c2相连接，且作为输出电压引出端c2，其末端cq与C相原边绕组cpcq的末端相连接；副边长绕组cpbn由中间抽头c分成两段cpc，cbn，其首端cp与C相原边绕组cpcq的首端cp相连接，中间抽头c连接输入C相交流电，且做为输出电压引出端c，其末端bn与B相原边绕组bmbn的末端bn相连接；B相和C相的连接方式与A相相似。
2.根据权利要求1所述的无平衡电抗器不对称24脉自耦变压整流器，为达到低纹波24脉输出，其变压器各绕组之间的匝数必须满足一定的关系；以A相为例，说明具体的匝比关系：原边绕组apaq由中间抽头a1分成两段apa1、a1aq，其匝数分别是Np1、Np2；原边绕组aman由中间抽头a3分成两段ama3、a3an，其匝数分别是Np3、Np4；副边短绕组bmb2的匝数为Ns1；副边短绕组c2cq的匝数为Ns2；副边长绕组cpbn由中间抽头c分成两段cpc、cbn，其匝数分别是Ns3、Ns4；绕组之间的匝比满足的关系
为：Np1∶Np2＝1∶1.306；Np1∶Np3＝1∶1.306；Np1∶Np4＝1∶1；Np1∶Ns1＝1∶0.215；
Np1∶Ns2＝1∶0.215；Np1∶Ns3＝1∶0.631；Np1∶Ns4＝1∶0.631；B相和C相的绕组匝数比与A相相似。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9124169B2 (en) * | 2013-03-14 | 2015-09-01 | Unico, Inc. | Autotransformer system reducing total harmonic distortion |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9124169B2 (en) * | 2013-03-14 | 2015-09-01 | Unico, Inc. | Autotransformer system reducing total harmonic distortion |
| CN104980047A (zh) * | 2015-06-15 | 2015-10-14 | 南京航空航天大学 | 基于星型原边绕组移相的24脉冲航空自耦变压整流器 |
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| CN104993720A (zh) * | 2015-07-10 | 2015-10-21 | 南京航空航天大学 | 不对称式p型12脉冲自耦变压整流器 |
Non-Patent Citations (1)
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| A 24-Pulse AC-DC Converter For Improving Power Quality Using Fork Connected Transformer;D.Raja,et. al;《INTERNATIONAL CONFERENCE ON "CONTROL, AUTOMATION, COMMUNICATION AND ENERGY CONSERVATION -2009》;20090606;第1-8页 * |
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