CN110739866A - 一种18脉隔离变压整流器电路 - Google Patents

一种18脉隔离变压整流器电路 Download PDF

Info

Publication number
CN110739866A
CN110739866A CN201911024302.1A CN201911024302A CN110739866A CN 110739866 A CN110739866 A CN 110739866A CN 201911024302 A CN201911024302 A CN 201911024302A CN 110739866 A CN110739866 A CN 110739866A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic core
core column
secondary winding
pulse
transformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911024302.1A
Other languages
English (en)
Inventor
李凯锋
王中伟
李阳
徐超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Aviation Mechanical and Electrical Co Ltd
Original Assignee
Tianjin Aviation Mechanical and Electrical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Aviation Mechanical and Electrical Co Ltd filed Critical Tianjin Aviation Mechanical and Electrical Co Ltd
Priority to CN201911024302.1A priority Critical patent/CN110739866A/zh
Publication of CN110739866A publication Critical patent/CN110739866A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/10—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers
    • H02M5/12—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers for conversion of voltage or current amplitude only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种18脉隔离变压整流器电路，由多脉波变压器、整流桥、输出滤波电路组成；多脉波变压器为18脉冲隔离变压器，每个磁芯柱有六个绕组，变压器原边各一个绕组，副边各五个绕组；整流桥包括一个二极管主桥和两个二极管辅桥；输出滤波电路包括一个电容，整流桥的输出电压经过电容滤波后接到飞机高压直流网络，为负载供电。本发明的电路，选用隔离型变压器形式，实现输入与输出的电气隔离，避免因共模干扰导致系统不稳定；通过副边绕组为18脉非平衡移相变压器的设计，二极管输出端直接并联，无需平衡电抗器，提高了产品的功率密度。

Description

一种18脉隔离变压整流器电路
技术领域
本发明涉及航空电气高压直流电源变换，属于电气安全领域。具体涉及一种18脉隔离变压整流器电路设计。
背景技术
随着多电飞机概念的提出，机载电子设备越来越多，电气化程度越来越多，直流设备的负载数量与功率等级越来越大。为降低输入电流的谐波含量、提高功率因数，发电机输出电压常通过多脉波变压整流器实现电能转换。多脉波变压整流器分为隔离变压整流器与自耦变压整流器，其中高压270VDC大功率变压整流器常采用自耦变压整流器(ATRU)电路，低压28VDC小功率变压整流器常采用隔离变压整流器(TRU)电路。
机载ATRU变压整流器前级的18脉波变压器原副边绕组相连，副边输出9个移相的共模电压，通过二极管整流输出高压直流电压，具有体积小、重量轻、可靠性强的优势。但因为ATRU无法实现电气隔离，飞机发电机与机载用电设备中线同时接地会出现因共模干扰引入的系统不匹配问题，进而增加系统设计难度。
传统18脉隔离变压整流器可实现原副边电气隔离，为保证其副边三个绕组功率平衡，需在整流桥输出增加平衡电抗器。18脉高压平衡电抗器的设计复杂，元器件重量大，且轻载工况时平衡电抗器无法正常工作。因此需要一种新型18脉冲隔离变压整流器电路，能进行元器件简化设计，并能提高高压直流变换器的功率密度。
发明内容
本发明的目的在于，为航空高压直流变压整流器提供一种18脉冲隔离变压器电路设计，为一种18脉冲非平衡隔离变压器，以解决航空高压直流变压整流器中无电气隔离且需要平衡电抗器的问题。
本发明技术方案:一种18脉隔离变压整流器电路，由多脉波变压器、整流桥、输出滤波电路三部分组成；
其中，多脉波变压器为18脉冲隔离变压器，每个磁芯柱有六个绕组，变压器原边各一个绕组，副边各五个绕组；
第一磁芯柱原边绕组Np1的首端与第三磁芯柱原边绕组Np3的末端相连，第二磁芯柱原边绕组Np2的首端与第一磁芯柱原边绕组Np1的末端相连，第三磁芯柱原边绕组Np3的首端与第二磁芯柱原边绕组Np2的末端相连；
第一磁芯柱副边绕组Ns11的首端与第三磁芯柱副边绕组Ns33的末端相连，第一磁芯柱副边绕组Ns12的首端与第一磁芯柱的绕组Ns11的末端相连，并连接到第二磁芯柱的副边绕组Ns24末端，第一磁芯柱的副边绕组Ns13的首端与第一磁芯柱的副边绕组Ns12的末端相连，并连接到第三磁芯柱的副边绕组Ns35首端；
第二磁芯柱的副边绕组Ns21的首端与第一磁芯柱的副边绕组Ns13末端相连，第二磁芯柱的副边绕组Ns22的首端与第二磁芯柱的副边绕组Ns21末端相连，并连接到第三磁芯柱副边绕组Ns34的末端，第二磁芯柱的副边绕组Ns23的首端与第二磁芯柱的副边绕组Ns22的末端相连，并连接到第一磁芯柱的副边绕组Ns15首端；
第三磁芯柱的副边绕组Ns31的首端与第二磁芯柱的副边绕组Ns23末端相连，第三磁芯柱的副边绕组Ns32的首端与第三磁芯柱的副边绕组Ns31末端相连，并连接到第一磁芯柱副边绕组Ns14的末端，第三磁芯柱的副边绕组Ns33的首端与第三磁芯柱的副边绕组Ns32的末端相连，并连接到第二磁芯柱的副边绕组Ns25首端；
整流桥包括一个二极管主桥和两个二极管辅桥，三个磁芯柱中每个原边绕组Np1、Np2、Np3的首端均与电源输入相连，形成三个输入引出线；三个磁芯柱中副边绕组Ns11，Ns21，Ns31的首端均与二极管主桥相连，形成三个主桥引出线；三个磁芯柱中副边绕组Ns14，Ns24，Ns34的首端均与二极管辅桥一相连，三个磁芯柱中副边绕组Ns15，Ns25，Ns35的末端均与二极管辅桥二相连，共形成六个辅桥引出线；一个二极管主桥，两个二极管辅桥的输出端正端直接相连，一个二极管主桥，两个二极管辅桥的输出端负端直接相连；
输出滤波电路包括一个电容，整流桥的输出电压经过电容滤波后接到飞机高压直流网络，为负载供电。
其特征在于，磁芯规格为BSD型。
其特征在于，多脉波变压器原边绕组三角型连接，分别连接三相输入电源A、B、C；副边为D型非平衡自耦变压器，共9个输出移相电压，按照相位相差120°分成三组，其中第一组输出电压为a，b，c，第二组输出电压为al，bl，cl，第二组输出电压矢量分别滞后于第一组输出电压37°，第三组输出电压为af，bf，cf，第三组输出电压矢量分别超前于第一组输出电压37°。
其特征在于，多脉波变压器第一组输出电压为a，b，c每个周期导通占空比为4/9，第二组输出电压为al，bl，cl每个周期导通占空比为1/9，第三组输出电压为af，bf，cf每个周期导通占空比为1/9。
其特征在于，多脉波变压器的9个副边绕组导两两导通后，形成18种电压矢量，每个相邻的电压矢量相位相差20°。
其特征在于，多脉波变压器每个磁芯柱上的五个副边绕组匝比为0.259:0.482:0.259:0.135:0.135。
其特征在于，18脉隔离变压整流器电路中一个二极管主桥，两个二极管辅桥输出直接并联，无需平衡电抗器。
其特征在于，三相输入电源的中线接地，18脉隔离变压整流器电路的输出负线接地。
发明的有益效果：本发明的18脉冲隔离变压整流器电路，选用隔离型变压器形式，实现输入与输出的电气隔离，避免因共模干扰导致系统不稳定；通过副边绕组为18脉非平衡移相变压器的设计，二极管输出端直接并联，无需平衡电抗器，提高了产品的功率密度。
附图说明
图1为18脉冲变压整流器电路图
图2为变压器磁芯结构图
图3为18脉冲变压整流器变压器绕组图
图4为18脉冲变压整流器电压矢量图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的连接结构进行详细说明。
一种18脉冲隔离变压整流器电路，包括多脉波变压器、整流桥、输出滤波电路，如图1所示。多脉波变压器为18脉冲隔离变压器，原边绕组三角型连接，分别连接三相输入电源A、B、C；副边为D型非平衡自耦变压器，共9个输出移相电压，其中第一组输出电压为a，b，c，第二组输出电压为al，bl，cl，第三组输出电压为af，bf，cf。三组输出电压分别与三组整流桥相连，三组整流桥输出并联，共同提供高压直流电压。整流桥输出的电压经电容滤波后接入高压直流网络，为机上直流负载供电。
图2为变压器磁芯结构图，共包含三个磁芯，均由0.1mm厚度的1J22带材卷绕而成。其中两个小磁芯大小相同，窗口高度为G，窗口宽度为F，磁芯宽度为E，磁芯高度为D，其中D＝2*E；大磁芯窗口高度为G+2*E，窗口宽度为4*E+2*F，磁芯宽度为为E，磁芯高度为D，其中D＝2*E。三个磁芯卷绕完成后，将磁芯平放，在磁芯的上表面做两处标记，作为后续产品组装过程中的防反标识。沿磁芯的中轴线将磁芯平均切割成两部分，两部分磁芯需保证完全对称。
图3为变压器绕线图，每个磁芯柱上有六个绕组，变压器原边各一个绕组，副边各五个绕组。副边绕组匝比为0.259:0.482:0.259:0.135:0.135。变压器原边与副边绕组匝比可根据变压器原边输入电压有效值Uirms与副边输出线电压有效值Uorms进行计算，计算公式为Np：(Ns1+Ns2+Ns3)＝Uirms：Uorms。所有绕组绕线方向一致，绕组采取本线引出方式，在绕组外部进行连接。变压器按照H级绝缘等级设计，绕组层间与组间均需增加聚酰亚胺薄膜保证绝缘等级。
图4为18脉冲隔离变压器绕组矢量图，原边绕组三角型连接，电压矢量VA、VB、VC依次滞后120°；副边为D型非平衡自耦变压器，共9个输出移相电压，电压矢量Va、Vb、Vc分别与VA、VB、VC同相，电压矢量Val，Vbl，Vcl分别滞后电压矢量Va、Vb、Vc 37°，电压矢量Vaf，Vbf，Vcf分别超前电压矢量Va、Vb、Vc 37°。电压矢量有如下关系Val＝Va+0.259Vba+0.135Vbc，Vaf＝Va+0.259Vca+0.135Vcb，Vbl＝Vb+0.259Vcb+0.135Vca,Vbf＝Vb+0.259Vab+0.135Vac,Vcl＝Vc+0.259Vac+0.135Vab,Vcf＝Vc+0.259Vbc+0.135Vba：副边绕组导通电压矢量共包含18种状态，分别为Vab,Vabl,Vacf,Vac,Valc,Vbfc,Vbc,Vbcl,Vbaf,Vba,Vbla,Vcfa,Vca,Vcal,Vbf,Vcb,Vclb,Vafb,每个相邻的电压矢量相位相差20°。副边绕组a、b、c为主绕组，每个周期导通占空比为4/9，副边绕组al、bl、cl为辅绕组，每个周期导通占空比为1/9，副边绕组af、bf、cf为辅绕组，每个周期导通占空比为1/9。

Claims (8)

1.一种18脉隔离变压整流器电路，由多脉波变压器、整流桥、输出滤波电路组成；
其中，多脉波变压器为18脉冲隔离变压器，每个磁芯柱有六个绕组，变压器原边各一个绕组，副边各五个绕组；
第一磁芯柱原边绕组Np1的首端与第三磁芯柱原边绕组Np3的末端相连，第二磁芯柱原边绕组Np2的首端与第一磁芯柱原边绕组Np1的末端相连，第三磁芯柱原边绕组Np3的首端与第二磁芯柱原边绕组Np2的末端相连；
第一磁芯柱副边绕组Ns11的首端与第三磁芯柱副边绕组Ns33的末端相连，第一磁芯柱副边绕组Ns12的首端与第一磁芯柱的绕组Ns11的末端相连，并连接到第二磁芯柱的副边绕组Ns24末端，第一磁芯柱的副边绕组Ns13的首端与第一磁芯柱的副边绕组Ns12的末端相连，并连接到第三磁芯柱的副边绕组Ns35首端；
第二磁芯柱的副边绕组Ns21的首端与第一磁芯柱的副边绕组Ns13末端相连，第二磁芯柱的副边绕组Ns22的首端与第二磁芯柱的副边绕组Ns21末端相连，并连接到第三磁芯柱副边绕组Ns34的末端，第二磁芯柱的副边绕组Ns23的首端与第二磁芯柱的副边绕组Ns22的末端相连，并连接到第一磁芯柱的副边绕组Ns15首端；
第三磁芯柱的副边绕组Ns31的首端与第二磁芯柱的副边绕组Ns23末端相连，第三磁芯柱的副边绕组Ns32的首端与第三磁芯柱的副边绕组Ns31末端相连，并连接到第一磁芯柱副边绕组Ns14的末端，第三磁芯柱的副边绕组Ns33的首端与第三磁芯柱的副边绕组Ns32的末端相连，并连接到第二磁芯柱的副边绕组Ns25首端；
整流桥包括一个二极管主桥和两个二极管辅桥，三个磁芯柱中每个原边绕组Np1、Np2、Np3的首端均与电源输入相连，形成三个输入引出线；三个磁芯柱中副边绕组Ns11，Ns21，Ns31的首端均与二极管主桥相连，形成三个主桥引出线；三个磁芯柱中副边绕组Ns14，Ns24，Ns34的首端均与二极管辅桥一相连，三个磁芯柱中副边绕组Ns15，Ns25，Ns35的末端均与二极管辅桥二相连，共形成六个辅桥引出线；一个二极管主桥，两个二极管辅桥的输出端正端直接相连，一个二极管主桥，两个二极管辅桥的输出端负端直接相连；
输出滤波电路包括一个电容，整流桥的输出电压经过电容滤波后接到飞机高压直流网络，为负载供电。
2.如权利要求1所述的一种18脉隔离变压整流器电路，其特征在于，磁芯规格为BSD型。
3.如权利要求1所述的一种18脉隔离变压整流器电路，其特征在于，多脉波变压器原边绕组三角型连接，分别连接三相输入电源A、B、C；副边为D型非平衡自耦变压器，共9个输出移相电压，按照相位相差120°分成三组，其中第一组输出电压为a，b，c，第二组输出电压为al，bl，cl，第二组输出电压矢量分别滞后于第一组输出电压37°，第三组输出电压为af，bf，cf，第三组输出电压矢量分别超前于第一组输出电压37°。
4.如权利要求3所述的一种18脉隔离变压整流器电路，其特征在于，多脉波变压器第一组输出电压为a，b，c每个周期导通占空比为4/9，第二组输出电压为al，bl，cl每个周期导通占空比为1/9，第三组输出电压为af，bf，cf每个周期导通占空比为1/9。
5.如权利要求4所述的一种18脉隔离变压整流器电路，其特征在于，多脉波变压器的9个副边绕组导两两导通后，形成18种电压矢量，每个相邻的电压矢量相位相差20°。
6.如权利要求5所述的一种18脉隔离变压整流器电路，其特征在于，多脉波变压器每个磁芯柱上的五个副边绕组匝比为0.259:0.482:0.259:0.135:0.135。
7.如权利要求1所述的一种18脉隔离变压整流器电路，其特征在于，18脉隔离变压整流器电路中一个二极管主桥，两个二极管辅桥输出直接并联，无需平衡电抗器。
8.如权利要求1所述的一种18脉隔离变压整流器电路，其特征在于，三相输入电源的中线接地，18脉隔离变压整流器电路的输出负线接地。
CN201911024302.1A 2019-10-25 2019-10-25 一种18脉隔离变压整流器电路 Pending CN110739866A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911024302.1A CN110739866A (zh) 2019-10-25 2019-10-25 一种18脉隔离变压整流器电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911024302.1A CN110739866A (zh) 2019-10-25 2019-10-25 一种18脉隔离变压整流器电路

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110739866A true CN110739866A (zh) 2020-01-31

Family

ID=69271509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911024302.1A Pending CN110739866A (zh) 2019-10-25 2019-10-25 一种18脉隔离变压整流器电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110739866A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112395761A (zh) * 2020-11-17 2021-02-23 天津航空机电有限公司 一种基于航空用变压整流器的电磁仿真验证方法
CN112886833A (zh) * 2021-01-18 2021-06-01 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 一种18脉变压整流器绕组
CN113890392A (zh) * 2021-11-08 2022-01-04 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 一种18脉非平衡式变压整流器及其控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108074719A (zh) * 2017-11-28 2018-05-25 合肥华耀电子工业有限公司 一种18脉冲变压器
CN209435102U (zh) * 2019-04-03 2019-09-24 常州市多极电磁环境技术有限公司 18脉冲无源pfc滤波装置
CN209516959U (zh) * 2018-12-29 2019-10-18 朝阳无线电元件有限责任公司 一种cyzl-50kw车载多脉冲整流电源

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108074719A (zh) * 2017-11-28 2018-05-25 合肥华耀电子工业有限公司 一种18脉冲变压器
CN209516959U (zh) * 2018-12-29 2019-10-18 朝阳无线电元件有限责任公司 一种cyzl-50kw车载多脉冲整流电源
CN209435102U (zh) * 2019-04-03 2019-09-24 常州市多极电磁环境技术有限公司 18脉冲无源pfc滤波装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
毛浪 等: "航空用40kW 18脉冲自耦型变压整流器的研究", 《电力电子技术》 *
陈根余 等: "18脉波自耦型无源功率因数校正技术", 《通信电源技术》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112395761A (zh) * 2020-11-17 2021-02-23 天津航空机电有限公司 一种基于航空用变压整流器的电磁仿真验证方法
CN112886833A (zh) * 2021-01-18 2021-06-01 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 一种18脉变压整流器绕组
CN113890392A (zh) * 2021-11-08 2022-01-04 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 一种18脉非平衡式变压整流器及其控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chivite-Zabalza et al. Analysis and practical evaluation of an 18-pulse rectifier for aerospace applications
US9419538B2 (en) AC/DC power conversion system and method of manufacture of same
US7148661B2 (en) Multi-pulse converter circuits
US7095636B2 (en) Electromagnetic interference filter for an autotransformer
EP2639952B1 (en) Power converter and integrated DC choke therefor
Chivite-Zabalza et al. A simple, passive 24-pulse AC–DC converter with inherent load balancing
CN110739866A (zh) 一种18脉隔离变压整流器电路
CN109245566B (zh) 使用直流侧电压注入法的串联型36脉波整流器
US10199161B2 (en) Autotransformer rectifier unit
Abdollahi et al. A 20-pulse autotransformer rectifier unit for more electric aircrafts
CN103187885A (zh) 使用y字形结构的复合式交流-直流功率转换器
EP2817876B1 (en) Transformer configuration for a hvdc back-to-back converter
CN209767388U (zh) 一种可自动均流的多相并联谐振变换器
US20220399162A1 (en) Phase-shift autotransformer, multi-pulse rectifier systems and fast charging
Burgos et al. Analysis and experimental evaluation of symmetric and asymmetric 18-pulse autotransformer rectifier topologies
CN112820524B (zh) 多相变压器及整流器系统
CN210780529U (zh) 电源系统
CN105846692B (zh) 72脉波自耦移相整流系统
US20230122794A1 (en) Three-phase llc converters with integrated magnetics
Roginskaya et al. Multi-phase auto-and transformer rectifier system for aircraft
EP2593946A1 (en) A multiphase transformer rectifier unit
Chivite-Zabalza et al. A simple, passive 24-pulse ac-dc converter with inherent load balancing using harmonic voltage injection
CN115395792A (zh) 一种适用于中压交流电网的大容量制氢电源及其控制方法
Oliveira et al. A new design methodology for multipulse rectifiers with delta auto-connected transformers and a retrofit application in adjustable speed drives (ASDs)
US20240242875A1 (en) Asymmetric delta multi-pulse transformer rectifier unit, and associated systems and methods

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200131