CN112636614A - 一种新型三电平Delta型接法整流器 - Google Patents

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Abstract

一种新型三电平Delta型接法整流器，包括三相交流电源，滤波电路，Delta型接法整流电路和三电平电路。在整流器的交流输入侧具有三角形连接，其直流链路电流可以在给定时间由多个设备共享，以降低导通损耗。多电平功率转换器以其高功率、高电压的特性，近年来受到广泛的关注。本文提出了一种新型三电平Delta型接法整流器，相比传统三电平整流电路结构减少了开关器件使用，消除了反向恢复损耗。

Description

一种新型三电平Delta型接法整流器
技术领域
本发明涉及三相电能变换领域，具体涉及一种新型三电平Delta型接法整流器。
背景技术
三相电流源整流器(CSR)具有降压交直流电压转换功能，与传统的两级电压源整流器相比，交流滤波器尺寸更小，并具有浪涌电流限制能力。然而，在大多数脉宽调制电流源的应用中，开关通常是通过将有源器件(IGBT、金属氧化物半导体场效应晶体管或JFET)与二极管串联而形成的。即使在一个开关中并联几个器件，在传统CSR中，高传导损耗仍占转换器总损耗的 50%。与电压源转换器相比，大的传导损耗和相应的散热器尺寸是电流源转换器的主要缺点。除此之外，传统多电平功率整流器具有高功率和高电压的优点，但该结构需要大量的功率器件和控制电路实现复杂的缺点也很突出。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型三电平Delta型接法整流器，降低器件的导通损耗，提高电源功率因数，并且没有浪涌电流。
本发明采取的技术方案为：
一种新型三电平Delta型接法整流器，它包括三相交流输入电源Uin、滤波电路、Delta型接法整流电路、三电平电路；所述三相交流输入电源Uin和滤波电路连接在一起；所述滤波电路和三电平电路连接在一起；滤波电路与整流电路以Delta型接法相连；整流电路与三电平电路相连。所述三相交流电源包括a相电源，b相电源和c相电源；所述滤波电路包括滤波电感L1，滤波电容C1，滤波电感L2，滤波电容C2，滤波电感L3，滤波电容C3；所述的整流电路包括二极管D1a、二极管D1b、二极管D2a、二极管D2c、二极管D3b、二极管D3c、二极管D4a、二极管D4b、二极管D5a、二极管D5c、二极管D6b、二极管D6c、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5、开关S6、续流二极管Df、电感L4、电感L5和电容C6，所述三电平电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6c、开关S7、开关S8、开关S9、开关S10、电容C4和电容C5。
所述的三相交流电源是对称的三相电流源，其中a相电源相角超前b相电源120°，b相电源超前c相电源120°。
所述的滤波电路中的滤波电感L1一端与a相电源连接，另一端与滤波电容C1一端连接；滤波电感L2一端与b相电源连接，另一端与电容滤波C2一端连接；滤波电感L3一端与c相电源连接，另一端与滤波电容C3一端连接，滤波电容C1、滤波电容C2、和滤波电容C3的另一端相连。
所述的Delta型接法整流电路中，二极管D1a的阴极与二极管D1b的阴极、开关管S1的集电极相连，二极管D1a 的阳极与a相电源和D4a的阴极相连，D4a的阳极与D4b的阴极和开关管S4的发射极相连，D4b的阴极与D1b的阳极和b相电源相连；二极管D3a的阴极与二极管D3b的阴极、开关管S3的集电极相连，二极管D3a 的阳极与b相电源和D6a的阴极相连，D6a的阳极与D6b的阴极和开关管S6的发射极相连，D6b的阴极与D3b的阳极和c相电源相连；二极管D5a的阴极与二极管D5b的阴极、开关管S5的集电极相连，二极管D5a 的阳极与c相电源和D2a的阴极相连，D2a的阳极与D2b的阴极和开关管S2的发射极相连，D2b的阴极与D5b的阳极和a相电源相连；开关S1、开关S3、开关S5和电感L4的一端相连；开关S4、开关S6、开关S2和电感L5的一端相连；电感L4和电感L5的另一端分别与电容C6的两端相连。
所述的三电平电路中，二极管D3、D4、D5、D6的阳极分别与开关管S7、S8、S9、S10的集电极相连，二极管D3、D4、D5、D6的阴极分别与开关管S7、S8、S9、S10的发射极相连，S7的集电极与L4、C4的一端相连，S10的发射极与L5、C5的一端相连，S7的发射极与S8的集电极、D1的阴极相连，S8的发射极和S9的集电极相连，并一同连到滤波电容C1、滤波电容C2、和滤波电容C3相连的一端，S9发射极与S10的集电极、D2的阳极相连，D1的阳极与D2的阴极相连，连到等电位点上，C4与C5相连，同样连到等电位点上。
本发明与现有的技术相比具有以下优点：整流器的输入端为三角形连接，直流链路的电流可以被更多的开关共享以减少传导损耗。三电平部分使用的功率器件较少，节约使用成本，没有浪涌电流以及二极管反向恢复和导通损耗。
附图说明
图1是本发明的具体实施电路图；
图2是本发明所使用的三电平电路结构；
图3是本发明所使用的整流器的开关管的调制信号；
图4是本发明工作在第12扇区的等效电路。
具体实施方式
图1所示为一种新型三电平Delta型接法整流器，它包括三相交流输入电源Uin、滤波电路、Delta型接法整流电路、三电平电路；所述三相交流输入电源Uin和滤波电路连接在一起；所述滤波电路和三电平电路连接在一起；滤波电路与整流电路以Delta型接法相连；整流电路与三电平电路相连。所述三相交流电源包括a相电源，b相电源和c相电源；所述滤波电路包括滤波电感L1，滤波电容C1，滤波电感L2，滤波电容C2，滤波电感L3，滤波电容C3；所述的整流电路包括二极管D1a、二极管D1b、二极管D2a、二极管D2c、二极管D3b、二极管D3c、二极管D4a、二极管D4b、二极管D5a、二极管D5c、二极管D6b、二极管D6c、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5、开关S6、续流二极管Df、电感L4、电感L5和电容C6，所述三电平电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6c、开关S7、开关S8、开关S9、开关S10、电容C4和电容C5。
所述的三相交流电源是对称的三相电流源，其中a相电源相角超前b相电源120°，b相电源超前c相电源120°。
所述的滤波电路中的滤波电感L1一端与a相电源连接，另一端与滤波电容C1一端连接；滤波电感L2一端与b相电源连接，另一端与电容滤波C2一端连接；滤波电感L3一端与c相电源连接，另一端与滤波电容C3一端连接，滤波电容C1、滤波电容C2、和滤波电容C3的另一端相连。
所述的Delta型接法整流电路中，二极管D1a的阴极与二极管D1b的阴极、开关管S1的集电极相连，二极管D1a 的阳极与a相电源和D4a的阴极相连，D4a的阳极与D4b的阴极和开关管S4的发射极相连，D4b的阴极与D1b的阳极和b相电源相连；二极管D3a的阴极与二极管D3b的阴极、开关管S3的集电极相连，二极管D3a 的阳极与b相电源和D6a的阴极相连，D6a的阳极与D6b的阴极和开关管S6的发射极相连，D6b的阴极与D3b的阳极和c相电源相连；二极管D5a的阴极与二极管D5b的阴极、开关管S5的集电极相连，二极管D5a 的阳极与c相电源和D2a的阴极相连，D2a的阳极与D2b的阴极和开关管S2的发射极相连，D2b的阴极与D5b的阳极和a相电源相连；开关S1、开关S3、开关S5和电感L4的一端相连；开关S4、开关S6、开关S2和电感L5的一端相连；电感L4和电感L5的另一端分别与电容C6的两端相连。
所述的三电平电路中，二极管D3、D4、D5、D6的阳极分别与开关管S7、S8、S9、S10的集电极相连，二极管D3、D4、D5、D6的阴极分别与开关管S7、S8、S9、S10的发射极相连，S7的集电极与L4、C4的一端相连，S10的发射极与L5、C5的一端相连，S7的发射极与S8的集电极、D1的阴极相连，S8的发射极和S9的集电极相连，并一同连到滤波电容C1、滤波电容C2、和滤波电容C3相连的一端，S9发射极与S10的集电极、D2的阳极相连，D1的阳极与D2的阴极相连，连到等电位点上，C4与C5相连，同样连到等电位点上。
如图2所示是本发明所使用的三电平电路结构。当S7,8,9,10={1100}时，V10=VO/2；
当S7,8,9,10={0110}时，V10 = 0；当S7,8,9,10={0011}时，V10 = -VO/2。
如图3所示是本发明所使用的整流器的开关管的调制信号，根据输入电压和输入电流，每个线周期分为 12 个CSR 扇区。
如图4所示是本发明工作在第12扇区的等效电路图，在图4中，当V a > V c ≥ V b时，根据输入交流电压的关系，每个支路中的二极管桥将较高的相电压箝位到两个较高二极管的公共阴极，同时将较低的相电压箝位到两个较低二极管的公共阳极。S1和S5都导通以分担a相的电流，S4和S6都导通以分担b相的电流。由于V a> V b，二极管D1b被阻断，D1a导通，同样，该扇区中的D4a关闭，D4b导通。三电平结构上，S7,8,9,10从{0110}转换到{0011}，a相电流路径变为C1-C2-S1,5-S1,5-C4-C5，S3和S4接通允许b相电流从电容器C2经由S4和S6流动,能量被存储在电感L2中，由于施加在电感上电流的斜率，a,c两相电流衰减，该斜率为
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE001
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种新型三电平Delta型接法整流器，其特征在于：它包括三相交流输入电源Uin、滤波电路、Delta型接法整流电路、三电平电路；所述三相交流输入电源Uin和滤波电路连接在一起；所述滤波电路和三电平电路连接在一起；滤波电路与整流电路以Delta型接法相连；整流电路与三电平电路相连；所述三相交流电源包括a相电源，b相电源和c相电源；所述滤波电路包括滤波电感L1，滤波电容C1，滤波电感L2，滤波电容C2，滤波电感L3，滤波电容C3；所述的整流电路包括二极管D1a、二极管D1b、二极管D2a、二极管D2c、二极管D3b、二极管D3c、二极管D4a、二极管D4b、二极管D5a、二极管D5c、二极管D6b、二极管D6c、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、开关S5、开关S6、续流二极管Df 、电感L4、电感L5和电容C6，所述三电平电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6c、开关S7、开关S8、开关S9、开关S10、电容C4和电容C5。
2.如权利要求1所述的一种新型三电平Delta型接法整流器，其特征是：所述的三相交流电源是对称的三相电流源，其中a相电源相角超前b相电源120°，b相电源超前c相电源120°。
3.如权利要求1所述的一种新型三电平Delta型接法整流器，其特征是：所述的滤波电路中的滤波电感L1一端与a相电源连接，另一端与滤波电容C1一端连接；滤波电感L2一端与b相电源连接，另一端与电容滤波C2一端连接；滤波电感L3一端与c相电源连接，另一端与滤波电容C3一端连接，滤波电容C1、滤波电容C2、和滤波电容C3的另一端相连。
4.如权利要求1所述的一种新型三电平Delta型接法整流器，其特征是：所述的Delta型接法整流电路中，二极管D1a的阴极与二极管D1b的阴极、开关管S1的集电极相连，二极管D1a 的阳极与a相电源和D4a的阴极相连，D4a的阳极与D4b的阴极和开关管S4的发射极相连，D4b的阴极与D1b的阳极和b相电源相连；二极管D3a的阴极与二极管D3b的阴极、开关管S3的集电极相连，二极管D3a 的阳极与b相电源和D6a的阴极相连，D6a的阳极与D6b的阴极和开关管S6的发射极相连，D6b的阴极与D3b的阳极和c相电源相连；二极管D5a的阴极与二极管D5b的阴极、开关管S5的集电极相连，二极管D5a 的阳极与c相电源和D2a的阴极相连，D2a的阳极与D2b的阴极和开关管S2的发射极相连，D2b的阴极与D5b的阳极和a相电源相连；开关S1、开关S3、开关S5和电感L4的一端相连；开关S4、开关S6、开关S2和电感L5的一端相连；电感L4和电感L5的另一端分别与电容C6的两端相连。
5.如权利要求1所述的一种新型三电平Delta型接法整流器，其特征是：所述的三电平电路中，二极管D3、D4、D5、D6的阳极分别与开关管S7、S8、S9、S10的集电极相连，二极管D3、D4、D5、D6的阴极分别与开关管S7、S8、S9、S10的发射极相连，S7的集电极与L4、C4的一端相连，S10的发射极与L5、C5的一端相连，S7的发射极与S8的集电极、D1的阴极相连，S8的发射极和S9的集电极相连，并一同连到滤波电容C1、滤波电容C2、和滤波电容C3相连的一端，S9发射极与S10的集电极、D2的阳极相连，D1的阳极与D2的阴极相连，连到等电位点上，C4与C5相连，同样连到等电位点上。
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