CN105846692A - 72脉波自耦移相整流系统 - Google Patents

72脉波自耦移相整流系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种72脉波自耦移相整流系统，包括1个三相输入电抗器、72脉波移相自耦变压器、12个整流器、平衡电抗器、直流电感、滤波电容以及输出接口，所述平衡电抗器包括12个绕组，其中每一个绕组均带有中心抽头；所述输入电抗器分别与所述72脉波移相自耦变压器的三个输入端连接，所述72脉波移相自耦变压器设置有12个三相交流输出端，每一所述整流器分别与一所述三相交流输出端连接，该12个整流器依次平均分为6组。该72脉波自耦移相整流系统具有均压、均流的作用，保证了输出电压72脉波的合成，并降低输入电流总谐波含量；本发明可大幅降低产品的体积、重量、成本，提高产品效率，减小绕组的个数及连接工艺的复杂性。

Description

72脉波自耦移相整流系统
技术领域
本发明涉及电路领域，尤其涉及一种72脉波自耦移相整流系统。
背景技术
当前，随着电力电子技术的飞速发展，越来越多的整流装置被应用到各个领域。由于其非线性特性，网侧输入电流产生了严重畸变，降低了设备的电磁兼容性能，给电网及其它用电设备带来了危害。因此，如何抑制电流谐波是一项重要任务。
谐波抑制是涉及电力电子技术、电力系统、电气自动化技术、理论电工等领域的重大课题。由于电力电子装置的应用日益广泛，使得谐波和无功问题引起人们越来越多的关注。同时，也由于电力电子技术的飞速进步，人们认识到，通过增加整流的脉冲数，可以提高整流器的输入电流及输出电压特性。脉冲数越多，输入电流及输出电压中的谐波阶次越高。分析可知，多脉冲整流器中的变压器就相当于一个无源滤波器，滤除了输出电流中的特定次谐波。通过增加整流的脉冲数，可以有效减小输入电流总畸变率及电压脉动系数。据相关文献记载，72脉波整流器满载时的输入电流总畸变率可小于2％，对电网的质量影响微乎其微。
传统的72脉波移相整流变压器均采用延边三角形移相，或采用多台移相变压器联合移相并联工作，完全通过变压器磁耦合将输入能量传输到输出端，所以这种变压器的等效容量比较大、绕组数多、接线复杂、成本高。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明提供了一种72脉波自耦移相整流系统，充分利用自耦变压器的优点，采用合理的绕组布置和连接，以实现多脉冲整流移相的目的，解决现有移相整流系统体积大、成本高、绕组连接复杂等问题。
为实现上述目的，本发明提供一种72脉波自耦移相整流系统，包括1个输入三相电抗器、72脉波移相自耦变压器、12个整流器、平衡电抗器、直流电感、滤波电容以及输出接口，所述平衡电抗器包括12绕组，其中每一个绕组均带有中心抽头；所述输入电抗器分别与所述72脉波移相自耦变压器的三个输入端连接，所述72脉波移相自耦变压器设置有12个三相交流输出端，每一所述整流器分别与一所述三相交流输出端连接，该12个整流器依次平均分为6组，每组的2个整流器的正输出端以通过一所述平衡电抗器的一个绕组的头尾连接，其中心抽头为并联后的正端输出接于正公共点；每组的两个整流器的负输出端以通过一所述平衡电抗器的另一个绕组的头尾连接，其中心抽头为并联后的负端输出接于负公共点；所述正公共结点、所述直流电感以及所述输出接口的正极依次连接，所述负公共结点与所述输出接口的负极连接，所述滤波电容的两端分别与所述输出接口的正极以及负极连接。
在本发明提供的48脉波自耦移相整流系统中，所述72脉波移相自耦变压器包括铁芯和绕组模块，所述铁芯设置有相互平行的第一芯柱、第二芯柱以及第三芯柱，所述绕组模块包括A相绕组、B相绕组以及C相绕组，其中，所述A相绕组绕置于所述第一芯柱上，所述B相绕组绕置于所述第二芯柱上，所述C相绕组绕置于所述第三芯柱上，所述A相绕组包括绕组WA1～WA19，所述B相绕组包括WB1～WB19，所述C相绕组包括WC1～WC19。
所述绕组WA1～WA7自耦连接且依次串联，绕组W B1～WB7自耦连接且依次串联，绕组W C1～WC7自耦连接且依次串联；WA1与WA2串联处为移相变压器的A相输入接口A，WB1与WB2串联处为移相变压器的B相输入接口B，WC1与WC2串联处为移相变压器的C相输入接口C。WA1、WB1及WC1的头连接为移相变压器的中心点O。绕组WA2～WA7的尾端、绕组WB8～WB13的尾端以及绕组WC14～WC19的尾端依次连接，其中绕组WB8～WB13的头依次为移相变压器的输出接口a1～a6，绕组WC14～WC19的头依次为移相变压器的输出接口a12～a7；绕组WB2～WB7的尾端、绕组WC8～WC13的尾端以及绕组WA14～WA19的尾端依次连接，其中绕组WC8～WC13的头依次为移相变压器的输出接口b1～b6，绕组WA14～WA19的头依次为移相变压器的输出接口b12～b7；绕组WC2～WC7的尾端、绕组WA8～WA13的尾端以及绕组WB14～WB19的尾端依次连接，其中绕组WA8～WA13的头依次为移相变压器的输出接口c1～c6，绕组WB14～WB19的头依次为移相变压器的输出接口c12～c7。
前面所述的72脉波自耦移相变压器为升压型，若将W1置于W7的上端，同时将绕组WA2、WB2及WC2的头连接作为移相变压器的中心点O或N，即为降压型自耦移相变压器。
在本发明提供的72脉波自耦移相整流系统中，所述的12个三相交流输出端a1-b1-c1～a12-b12-c12的电压幅值基本相等且依次分别移相+27.5°、+22.5°、+17.5°、+12.5°、+7.5°、+2.5°-2.5°-7.5°、-12.5°、-17.5°-22.5°-27.5°。
进一步的，所述的12组电压a1-b1-c1～a12-b12-c12分别接整流模块D1～D12，整流模块D1～D12可为可控整流、也可为不可控整流，分别整流输出12组直流电压V1～V12，根据需要可选择V1～V12全部并联、或全部串联、或先并后串、或先串后并等不同的组合方式得到不同的直流电压输出。若V1～V12全部或部份为并联，则需要在V1～V12的后端先串接平衡电抗器。
所述72脉波用平衡电抗器，铁芯采用口字形结构，共设有W11、W12、W13、W14、W15、W16、W21、W22、W23、W24、W25及W26共12个绕组，每一个绕组的匝数相等、线径相等、绕向相同、电感量相等。每个绕组带有一个中心抽头，上下两半对称输出。每个绕组的头尾分别依次与V1～V12的正负端连接，每个绕组的中心抽头为并联输出接口。
进一步的，若选择将D1与D12全部串联，则可省掉平衡电抗器，得到更高(12倍)的直流电压。
在本发明提供的72脉波自耦移相整流系统中，可根据需要在直流输出的后端连接滤波电容与滤波电感。
实施本发明具有以下有益效果：
由于该72脉波自耦移相整流系统仅仅包括三个输入电抗器、72脉波移相自耦变压器、12个整流器、平衡电抗器、直流电感、滤波电容以及输出接口，并且其各个整流器采用的先并后串或者全并联的方式使得该72脉波自耦移相整流系统具有均压、均流的作用，保证了输出电压72脉波的合成，并降低输入电流总谐波含量；相对传统的延边三角形移相，本发明可大幅降低产品的体积、重量、成本，提高产品效率，减小绕组的个数及连接工艺的复杂性；本发明中的整流器满载时的输入电流总畸变率可小于2％，几乎不对电网产生谐波污染。
附图说明
图1为72脉波自耦移相整流系统并联输出连接图；
图2为72脉波自耦移相整流系统先并后串连接图；
图3为72脉波自耦移相整流系统串联输出连接图；
图4为72脉波自耦升压移相变压器绕组连接图；
图5为72脉波自耦降压移相变压器绕组连接图；
图6为72脉波自耦升压移相变压器相位图；
图7为72脉波自耦降压移相变压器相位图；
图8为平衡电抗器绕组布置图
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以图1为例，100为三相电源，200为输入电抗器，300为72脉波自耦移相变压器，400为整流模块，500为平衡电抗器，600为直流平波电感，700为滤波电容。ABC三相电源100进入72脉波自耦移相变压器300后，输出a1b1c1～a12b12c12幅值相等相位不等的12路电压，分别移相+27.5°、+22.5°、+17.5°、+12.5°、+7.5°、+2.5°-2.5°-7.5°、-12.5°、-17.5°-22.5°-27.5°。12组AC电压分别经过整流模块400的D1～D12整流输出12组DC电压。为了使12组AC电压转DC过程中能够实现均压、均流的作用，保证输出电压72脉波的合成，并降低输入电流总谐波含量，所以在12组DC电压后端连接有平衡电抗器500，通过平衡电抗器500全部并联输出后得到相应容量的DC电压电源，根据需要选择连接平波电感600和滤波电容700。为了进一步降低其谐波泄放，在其输入端ABC侧串有输入电抗器200。同时，输入电抗器200的加入可使整个系统的短路阻抗大幅提升，使a1b1c1～a12b12c12的12路输出趋于平衡。
图2与图1类似，不同之处为，在整流模块400的后端接有平衡电抗器500，通过平衡电抗器500将整流模块400的D1与D2并联，D3与D4并联，D5与D6并联，D7与D8并联，D9与D10并联，D11与D12并联。然后再分别串联输出，得到相比图1于6倍的直流电压值。
图3与图1也类似，不同之处为，整流模块400的D1～D12输出12组DC电压，然后全部串联，得到相比图1于12倍的直流电压值。此处省掉了平衡电抗器500。
图4为72脉波自耦升压移相变压器绕组连接图，其中301为自耦变压器300的铁芯，302为其绕组。所述铁芯301为三芯柱结构，绕组采用星形接法，在每个铁芯柱上分别设置有绕组302，绕组302又分为W1～W19共19个绕组，其中W1～W7为自耦连接，各引出点为抽头引出，W8～W19均为独立绕组，为了方便描述，A相命名为WA1～WA19，B相命名为WB1～WB19，C相命名为WC1～WC19。其连接方式参考附图，所述绕组WA1～WA7自耦连接且依次串联，绕组WB1～WB7自耦连接且依次串联，绕组W C1～WC7自耦连接且依次串联；WA1与WA2串联处为移相变压器的A相输入接口A，WB1与WB2串联处为移相变压器的B相输入接口B，WC1与WC2串联处为移相变压器的C相输入接口C。WA1、WB1及WC1的头连接为移相变压器的中心点O。绕组WA2～WA7的尾端、绕组WB8～WB13的尾端以及绕组WC14～WC19的尾端依次连接，其中绕组WB8～WB13的头依次为移相变压器的输出接口a1～a6，绕组WC14～WC19的头依次为移相变压器的输出接口a12～a7；绕组WB2～WB7的尾端、绕组WC8～WC13的尾端以及绕组WA14～WA19的尾端依次连接，其中绕组WC8～WC13的头依次为移相变压器的输出接口b1～b6，绕组WA14～WA19的头依次为移相变压器的输出接口b12～b7；绕组WC2～WC7的尾端、绕组WA8～WA13的尾端以及绕组WB14～WB19的尾端依次连接，其中绕组WA8～WA13的头依次为移相变压器的输出接口c1～c6，绕组WB14～WB19的头依次为移相变压器的输出接口c12～c7。ABC为输入端，共输出a1b1c1～a12b12c12幅值相等相位不等的12路电压，分别移相+27.5°、+22.5°、+17.5°、+12.5°、+7.5°、+2.5°-2.5°-7.5°、-12.5°、-17.5°-22.5°-27.5°。
图5为72脉波自耦降压移相变压器绕组连接图，其中301为自耦变压器300的铁芯，302为其绕组。所述铁芯301为三芯柱结构，绕组采用星形接法，在每个铁芯柱上分别设置有绕组302，绕组302又分为W1～W19共19个绕组，其中W1～W7为自耦连接，各引出点为抽头引出，W8～W19均为独立绕组，为了方便描述，A相命名为WA1～WA19，B相命名为WB1～WB19，C相命名为WC1～WC19。其连接方式与图4的区别在于，此处将W1置于W7的上端，同时将绕组WA2、WB2及WC2的头连接作为移相变压器的中心点O或N，形成降压型自耦移相变压器。同样的，ABC为输入端，共输出a1b1c1～a12b12c12幅值相等相位不等的12路电压，分别移相+27.5°、+22.5°、+17.5°、+12.5°、+7.5°、+2.5°-2.5°-7.5°、-12.5°、-17.5°-22.5°-27.5°。
图6为72脉波自耦升压移相变压器相位图，可以看出，a1b1c1～a12b12c12幅值相等相位不等的12路电压，分别移相+27.5°、+22.5°、+17.5°、+12.5°、+7.5°、+2.5°-2.5°-7.5°、-12.5°、-17.5°-22.5°-27.5°。
图7与图6类似，不同之处为图7为降压连接图，其ABC处于abc的上端。
图8为平衡电抗器绕组布置图，501为平衡电抗器的铁芯，502为绕组，在铁芯502上设置有12个绕组W11～W26，每个绕组均带有中心抽头，10个绕组的绕向相同，线径与圈数均相同。以W21为例，D1与D2的正端同时从W21的头尾211与213输入，直流电压并联从212输出，根据线圈的绕向和电流的方向可知，在平衡电抗器的铁芯柱上将会同时产生方向相反的磁通，两磁通将会在铁芯柱上相互低消，磁路上不形成磁压降。假设D1与D2的电流瞬时值不相等，则其差量将会在铁芯柱上产生磁压降，以确保两路平衡输出。同理，W11～W26也一样。更进一步，W11～W26共12组线圈，各组线圈相互之间还会更进一步的低消其差量。合理的平衡电抗器可以提高并联桥臂的利用效率。两个直流电源并联时，只有当电压平均值和瞬时值均相等时，才能使负载均流。72脉波整流电路中各组三相整流桥输出电压平均值相等，但瞬时值不等。如果不加均衡电抗器，任何瞬间，只有相间线电压最高的一组整流桥上下桥臂的二极管才能导通。而平衡电抗器对瞬态电压的作用，使每组三相整流桥臂能够在同一时刻均有2个二极管处于开通状态，共同为负载提供电流。
采用以上连接方式使得该72脉波自耦移相整流系统具有均压、均流的作用，保证了输出电压72脉波的合成，并降低输入电流总谐波含量。相对传统的延边三角形移相，本发明可大幅降低产品的体积、重量、成本，提高产品效率，减小绕组的个数及连接工艺的复杂性；本发明中的整流器满载时的输入电流总畸变率可小于2％，几乎不对电网产生谐波污染。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种72脉波自耦移相整流系统，其特征在于，包括1个输入三相电抗器、72脉波移相自耦变压器、12个整流器、平衡电抗器、直流电感、滤波电容以及输出接口，所述平衡电抗器包括12绕组，其中每一个绕组均带有中心抽头；所述输入电抗器分别与所述72脉波移相自耦变压器的三个输入端连接，所述72脉波移相自耦变压器设置有12个三相交流输出端，每一所述整流器分别与一所述三相交流输出端连接，该12个整流器依次平均分为6组，每组的2个整流器的正输出端以通过一所述平衡电抗器的一个绕组的头尾连接，其中心抽头为并联后的正端输出接于正公共点；每组的两个整流器的负输出端以通过一所述平衡电抗器的另一个绕组的头尾连接，其中心抽头为并联后的负端输出接于负公共点；所述正公共结点、所述直流电感以及所述输出接口的正极依次连接，所述负公共结点与所述输出接口的负极连接，所述滤波电容的两端分别与所述输出接口的正极以及负极连接。
2.根据权利要求1所述的72脉波自耦移相整流系统，其特征在于，所述72脉波移相自耦变压器包括铁芯和绕组模块，所述铁芯设置有相互平行的第一芯柱、第二芯柱以及第三芯柱，所述绕组模块包括A相绕组、B相绕组以及C相绕组，其中，所述A相绕组绕置于所述第一芯柱上，所述B相绕组绕置于所述第二芯柱上，所述C相绕组绕置于所述第三芯柱上，所述A相绕组包括绕组WA1～WA19，所述B相绕组包括WB1～WB19，所述C相绕组包括WC1～WC19。
3.根据权利要求2所述的72脉波自耦移相整流系统，其特征在于，绕组WA1～WA7自耦连接且依次串联，绕组WB1～WB7自耦连接且依次串联，绕组WC1～WC7自耦连接且依次串联；WA1与WA2串联处为移相变压器的A相输入接口A，WB1与WB2串联处为移相变压器的B相输入接口B，WC1与WC2串联处为移相变压器的C相输入接口C。WA1、WB1及WC1的头连接为移相变压器的中心点O。绕组WA2～WA7的尾端、绕组WB8～WB13的尾端以及绕组WC14～WC19的尾端依次连接，其中绕组WB8～WB13的头依次为移相变压器的输出接口a1～a6，绕组WC14～WC19的头依次为移相变压器的输出接口a12～a7；绕组WB2～WB7的尾端、绕组WC8～WC13的尾端以及绕组WA14～WA19的尾端依次连接，其中绕组WC8～WC13的头依次为移相变压器的输出接口b1～b6，绕组WA14～WA19的头依次为移相变压器的输出接口b12～b7；绕组WC2～WC7的尾端、绕组WA8～WA13的尾端以及绕组WB14～WB19的尾端依次连接，其中绕组WA8～WA13的头依次为移相变压器的输出接口c1～c6，绕组WB14～WB19的头依次为移相变压器的输出接口c12～c7。
4.一种72脉波自耦移相整流系统，其特征在于，权利要求3所述的72脉波自耦移相变压器为升压型，可将W1置于W7的上端，同时将绕组WA2、WB2及WC2的头连接作为移相变压器的中心点O，即为降压型。
5.根据权利要求3～4所述的72脉波自耦移相整流系统，其特征在于，所述12个三相交流输出端a1-b1-c1～a12-b12-c12的电压幅值基本相等且依次分别移相+27.5°、+22.5°、+17.5°、+12.5°、+7.5°、+2.5°-2.5°-7.5°、-12.5°、-17.5°-22.5°-27.5°。
6.根据权利要求1所述的一种72脉波自耦移相整流系统，其特征在于：所述12组电压a1-b1-c1～a12-b12-c12分别接整流模块D1～D12，整流模块D1～D12可为可控整流、也可为不可控整流，分别整流输出12组直流电压V1～V12，根据需要可选择V1～V12全部并联、或全部串联、或先并后串、或先串后并等不同的组合方式得到不同的直流电压输出。
7.根据权利要求6所述的一种72脉波自耦移相整流系统，其特征在于：若V1～V12全部或部份为并联，则需要在V1～V12的后端先串接平衡电抗器。
8.根据权利要求1所述的一种72脉波自耦移相整流系统，其特征在于：所述72脉波用平衡电抗器，铁芯采用口字形结构，共设有W11、W12、W13、W14、W15、W16、W21、W22、W23、W24、W25及W26共12个绕组，每一个绕组的匝数相等、线径相等、绕向相同、电感量相等。每个绕组带有一个中心抽头，上下两半对称输出。每个绕组的头尾分别依次与V1～V12的正负端连接，每个绕组的中心抽头为并联输出接口。
9.根据权利要求1所述的一种72脉波自耦移相整流系统，其特征在于：若选择将D1与D12全部串联，则可省掉平衡电抗器，得到更高(12倍)的直流电压。
10.根据权利要求1所述的一种72脉波自耦移相整流系统，其特征在于：可根据需要在直流输出的后端连接滤波电容与滤波电感。
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