CN116938006A - 具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器 - Google Patents

具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器 Download PDF

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CN116938006A
CN116938006A CN202210366883.2A CN202210366883A CN116938006A CN 116938006 A CN116938006 A CN 116938006A CN 202210366883 A CN202210366883 A CN 202210366883A CN 116938006 A CN116938006 A CN 116938006A
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刘腾
姚绪梁
赵晨
李磊
吕雨生
于天龙
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Abstract

具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，属于电力电子技术领域，解决了现有12脉波整流器增加辅助脉波倍增电路来增加整流器的脉波数的方式，存在辅助脉波倍增电路中辅助变压器的副边与原边的匝比较大，导致漏感增加，降低谐波抑制效果，进而导致整流器的输入电流谐波较大、以及增加制造难度的问题。本发明通过在常规串联型12脉波整流器的直流侧增加一个倍压整流脉波倍增电路，通过设置辅助变压器的原副边绕组匝比，来调制并增加第一和第二二极管整流桥的输出电流和输出电压的状态数，根据12脉波整流器交直流侧电流关系和电压关系，将12脉波增加为原来的3倍。本发明主要用于实现脉波倍增。

Description

具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及具备倍压脉波倍增环节的串联型36脉波整流器。
背景技术
12脉波整流器具有结构简单，可靠性高，过载能力强等优点，常常作为大功率用电设备与电网的接口电路广泛应用于船舶电力推进，电解制氢，海上风力发电以及多电飞机供电等大功率工业场合。然而，随着工业设备容量的不断提高和对大功率用电设备性能要求的提高，常规的12脉波整流器的谐波抑制能力已经不能满足工业应用的要求。在感性负载条件下，常规12脉波整流器的输入电流THD大于10％，不能满足IEEE-519和IEC-16等谐波标准的要求，会给电网带来谐波污染，在大功率工业应用场合，12脉波整流器产生的谐波污染更为严重。为了有效地抑制串联型12脉波整流器的输入电流谐波，多种方法被提出，其中增加整流器的脉波数是最重要和最有效的方法之一，目前增加串联型12脉波整流器的脉波数的方法主要有两种：
第一种是通过增加移相变压器副边绕组数，并对三相整流桥进行多重连接，将整流器的脉波数倍增为24，30或者36，进而实现对整流器网侧输入电流谐波和输出电压脉动的抑制。但随着整流器脉波的增加，移相变压器副边输出绕组的个数成倍增加，这不仅会增加移相变压器的制造难度，而且绕组之间的对称性不易保证，会导致整流器的输入电流中出现非特征次谐波。此外，整流器的整流器件也会成本增加，这增加了整流器的体积、重量和成本。
第二种是在整流器的直流侧增加辅助脉波倍增电路来增加整流器的脉波数，实现降低整流器的输入电流谐波，但其在直流侧引入的脉波倍增电路中的辅助变压器副边与原边的匝比较大，这会使变压器存在较大的漏感，降低谐波抑制效果，从而造成整流器的输入电流谐波依然较大，同时，较大的匝比也会增大变压器的制造难度，因此，以上问题亟需解决。
发明内容
本发明目的是为了解决现有12脉波整流器增加辅助脉波倍增电路来增加整流器的脉波数的方式，存在辅助脉波倍增电路中辅助变压器的副边与原边的匝比较大，导致漏感增加，降低谐波抑制效果，进而导致整流器的输入电流谐波较大、以及增加制造难度的问题。本发明提供了两种结构的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器。
第一种结构：
具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，包括串联型12脉波整流器和倍压整流脉波倍增电路；所述串联型12脉波整流器包括移相变压器、第一二极管整流桥和第二二极管整流桥；
移相变压器，用于将电网输入的三相电压进行移相，生成两路相位相差30°、幅值相同的三相电压，并将移相变压器生成的两路三相电压分别输出到第一二极管整流桥和第二二极管整流桥；
倍压整流脉波倍增电路位于串联型12脉波整流器的直流侧，用于调制第一二极管整流桥和第二二整流桥输出电流和输出电压的状态数，从而将串联型12脉波整流器的12脉波进行3倍倍增，获得36脉波；
倍压整流脉波倍增电路包括辅助单相整流桥、多绕组辅助变压器、电压倍增整流器、带中心抽头的平衡电抗器、电容C1和电容C2；
第一二极管整流桥的正极性输出端与电容C1的一端连接后，作为串联型36脉波整流器的正输出端与负载的正极性输入端连接；
第二二极管整流桥的负极性输出端与电容C2的一端和电压倍增整流器的直流输入端同时连接后，作为串联型36脉波整流器的负输出端与负载的负极性输入端连接；
辅助单相整流桥的正极性输出端与第一二极管整流桥的负极性输出端连接，辅助单相整流桥的负极性输出端与第二二极管整流桥的正极性输出端连接；
多绕组辅助变压器的原边绕组AB的同名端A与其副边绕组CD的异名端D、辅助单相整流桥的第一交流输入端和电压倍增整流器的直流输出端同时连接；
多绕组辅助变压器的原边绕组AB的异名端B与带中心抽头的平衡电抗器的中心抽头连接；
多绕组辅助变压器的副边绕组CD的同名端C与辅助单相整流桥的第二交流输入端连接；
多绕组辅助变压器的副边绕组EF的同名端E与电压倍增整流器的第一交流输入端连接，多绕组辅助变压器的副边绕组EF的异名端F与电压倍增整流器的第二交流输入端连接；
带中心抽头的平衡电抗器的同名端与电容C1的另一端连接，带中心抽头的平衡电抗器的异名端与电容C2的另一端连接；
通过设置多绕组辅助变压器的原、副边绕组匝比，使电压倍增整流器中二极管的导通时间为其电压倍增整流器的两个交流输入端之间所接收的电压周期的1/6，从而使第一二极管整流桥和第二二整流桥同时工作，且第一二极管整流桥和第二二极管整流桥输出的电流均为等宽的四电平阶梯直流电流，第一二极管整流桥和第二二极管整流桥输出的电压均为等宽的六脉波直流电压。
第二种结构：
具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，包括串联型12脉波整流器和倍压整流脉波倍增电路；所述串联型12脉波整流器包括移相变压器、第一二极管整流桥和第二二极管整流桥；
移相变压器，用于将电网输入的三相电压进行移相，生成两路相位相差30°、幅值相同的三相电压，并将移相变压器生成的两路三相电压分别输出到第一二极管整流桥和第二二极管整流桥；
倍压整流脉波倍增电路位于串联型12脉波整流器的直流侧，用于调制第一二极管整流桥和第二二整流桥输出电流和输出电压的状态数，从而将串联型12脉波整流器的12脉波进行3倍倍增，获得36脉波；
倍压整流脉波倍增电路包括电压倍增整流器、第一单相辅助变压器、第二单相辅助变压器、第三单相辅助变压器、辅助单相整流桥、电容C1和电容C2；
第一二极管整流桥的正极性输出端与电容C1的一端和辅助单相整流桥的负极性输出端同时连接，辅助单相整流桥的正极性输出端作为串联型36脉波整流器的正输出端与负载的正极性输入端连接；
第二二极管整流桥的负极性输出端与电容C2的一端和电压倍增整流器的直流输入端同时连接后，作为串联型36脉波整流器的负输出端与负载的负极性输入端连接；
电压倍增整流器的直流输出端与第一单相辅助变压器的原边绕组AB的同名端A、第一二极管整流桥的负极性输出端和第二二极管整流桥的正极性输出端同时连接；
第一单相辅助变压器的原边绕组AB端的异名端B与第二单相辅助变压器的原边绕组EF的异名端F、第三单相辅助变压器的原边绕组LK的同名端L同时连接；
第一单相辅助变压器的副边绕组CD的同名端C和异名端D分别与电压倍增整流器的第一和第二交流输入端连接；
第二单相辅助变压器的原边绕组EF的同名端E与电容C1的另一端连接，第二单相辅助变压器的副边绕组HG的同名端H与辅助单相整流桥的第一交流输入端连接，第二单相辅助变压器的副边绕组HG的异名端G与第三单相辅助变压器的副边绕组IJ的异名端I端连接；
第三单相辅助变压器的原边绕组LK的异名端K与电容C2的另一端连接，第三单相辅助变压器的副边绕组IJ的同名端J与辅助单相整流桥的第二交流输入端连接；
通过设置第一单相辅助变压器、第二单相辅助变压器和第三单相辅助变压器的原、副边绕组匝比，使电压倍增整流器中二极管的导通时间为其电压倍增整流器的两个交流输入端之间所接收的电压周期的1/3，从而使第一二极管整流桥和第二二整流桥同时工作，且第一二极管整流桥和第二二极管整流桥的输出电流均为非等宽的三电平阶梯直流电流，第一二极管整流桥和第二二极管整流桥输出的电压均为等宽的六脉波直流电压。
本发明带来的有益效果是：
本发明提供了两种结构的直流侧带低匝比无源脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，它们具有电路结构简单，便于生产、可靠性高和成本低廉等优点，它们仅需在串联型12脉波整流器的直流侧增加低匝比无源脉波倍增电路，调制第一二极管整流桥和第二二整流桥输出电流和输出电压的状态数，从而将串联型12脉波整流器的12脉波进行3倍倍增。通过采用一个电压倍增整流器，使得辅助变压器的原副边绕组之间的匝比大大减小，降低了辅助变压器的加工难度并简化了辅助变压器的生产工艺。有效抑制串联型12脉波整流器的输入电流谐波含量和输出电压脉动，使得整流器的输入电流THD能满足大多数工业应用要求。
本发明所述的直流侧带低匝比无源脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，无需在12脉波整流器的输入侧串联电感，避免了采用辅助电压注入电路时需要在12脉波整流器的交流侧串联大电感的问题，使得整流器能够获得较高的位移因数和稳定的输出电压，在中高压大功率场合具有更好的应用前景。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的第一种结构的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器的原理示意图；
图2为具体实施方式一中所述的倍压整流脉波倍增电路工作于模式Ⅰ时的电流回路示意图；
图3为具体实施方式一中所述的倍压整流脉波倍增电路工作于模式Ⅱ时的电流回路示意图；
图4为具体实施方式一中所述的倍压整流脉波倍增电路工作于模式Ⅲ时的电流回路示意图；
图5为具体实施方式一中所述的倍压整流脉波倍增电路工作于模式Ⅳ时的电流回路示意图；
图6为具体实施方式五所述的第二种结构的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器的原理示意图；
图7为具体实施方式五中所述的倍压整流脉波倍增电路工作于模式Ⅰ时的电流回路示意图；
图8为具体实施方式五中所述的倍压整流脉波倍增电路工作于模式Ⅱ时的电流回路示意图；
图9为具体实施方式五中所述的倍压整流脉波倍增电路工作于模式Ⅲ时的电流回路示意图；
其中，图1至图9中，
iA、iB、iC分别为移相变压器1的a、b、c三相输入电流；
uA、uB、uC分别从电网输入至移相变压器1的a、b、c三相交流电压源；
ia1、ib1、ic1分别是输入至第一二极管整流桥2的a、b、c三相电流；
ia2、ib2、ic2分别是输入至第二二极管整流桥3的a、b、c三相电流；
ic1、ic2分别是流经电容C1和电容C2的电流；
id1为第一二极管整流桥2正极性端输出的电流；
id2为输入至第二二极管整流桥3的负极性端的电流；
id为输入至负载的正极性端输入端的电流；
ud1为第一二极管整流桥2的输出电压；
ud2为第二二极管整流桥3的输出电压；
图1至图5中，
id3为从多绕组辅助变压器5的原边绕组的异名端B输入到平衡电抗器7中心抽头的电流；
up为多绕组辅助变压器5的原边绕组AB的两端电压；
us1为多绕组辅助变压器5的副边绕组EF的两端电压；
us2为多绕组辅助变压器5的副边绕组CD的两端电压；
is为流入电压倍增整流器6直流输端的电流；
其中，图6至图9中，
id3为从第二单相辅助变压器6的原边绕组EF的异名端F端和第三单相辅助变压器7的原边绕组LK的同名端的交汇处流入至第一单相辅助变压器5原边绕组AB的电流；
up1为第一单相辅助变压器5的原边绕组AB的两端电压；
us1为第一单相辅助变压器5的副边绕组CD的两端电压；
up2为第二单相辅助变压器6的原边绕组EF的两端电压；
us2为第二单相辅助变压器6的副边绕组HG的两端电压；
up3为第三单相辅助变压器7的原边绕组LK的两端电压；
us3为第三单相辅助变压器7的副边绕组IJ的两端电压；
is1为流入电压倍增整流器4的直流输入端的电流。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供了两种结构的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，且两种结构分别参见图1和图6，其中，第一种结构的36脉波整流器，具体图1至图5，第二种结构的36脉波整流器，具体参见图6至图9，具体如下：
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述第一种结构的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，包括串联型12脉波整流器和倍压整流脉波倍增电路；所述串联型12脉波整流器包括移相变压器1、第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3；
移相变压器1，用于将电网输入的三相电压进行移相，生成两路相位相差30°、幅值相同的三相电压，并将移相变压器1生成的两路三相电压分别输出到第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3；
倍压整流脉波倍增电路位于串联型12脉波整流器的直流侧，用于调制第一二极管整流桥2和第二二整流桥3输出电流和输出电压的状态数，从而将串联型12脉波整流器的12脉波进行3倍倍增，获得36脉波；
倍压整流脉波倍增电路包括辅助单相整流桥4、多绕组辅助变压器5、电压倍增整流器6、带中心抽头的平衡电抗器7、电容C1和电容C2；
第一二极管整流桥2的正极性输出端与电容C1的一端连接后，作为串联型36脉波整流器的正输出端与负载8的正极性输入端连接；
第二二极管整流桥3的负极性输出端与电容C2的一端和电压倍增整流器6的直流输入端同时连接后，作为串联型36脉波整流器的负输出端与负载8的负极性输入端连接；
辅助单相整流桥4的正极性输出端与第一二极管整流桥2的负极性输出端连接，辅助单相整流桥4的负极性输出端与第二二极管整流桥3的正极性输出端连接；
多绕组辅助变压器5的原边绕组AB的同名端A与其副边绕组CD的异名端D、辅助单相整流桥4的第一交流输入端和电压倍增整流器6的直流输出端同时连接；
多绕组辅助变压器5的原边绕组AB的异名端B与带中心抽头的平衡电抗器7的中心抽头连接；
多绕组辅助变压器5的副边绕组CD的同名端C与辅助单相整流桥4的第二交流输入端连接；
多绕组辅助变压器5的副边绕组EF的同名端E与电压倍增整流器6的第一交流输入端连接，多绕组辅助变压器5的副边绕组EF的异名端F与电压倍增整流器6的第二交流输入端连接；
带中心抽头的平衡电抗器7的同名端与电容C1的另一端连接，带中心抽头的平衡电抗器7的异名端与电容C2的另一端连接；
通过设置多绕组辅助变压器5的原、副边绕组匝比，使电压倍增整流器6中二极管的导通时间为其电压倍增整流器6的两个交流输入端之间所接收的电压周期的1/6，从而使第一二极管整流桥2和第二二整流桥3同时工作，且第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3输出的电流均为等宽的四电平阶梯直流电流，第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3输出的电压均为等宽的六脉波直流电压。
本实施方式中，移相变压器1可以采用现有的隔离型移相变压器，也可采用多台变压器相互连接构成的输出侧移相角度相差30°的移相变压器或者电力电子移相变压器实现。
本实施方式中，倍压整流脉波倍增电路位于串联型12脉波整流器的直流侧，用于调制第一二极管整流桥2和第二二整流桥3输出电流和输出电压的状态数，从而将串联型12脉波整流器的12脉波进行3倍倍增，获得36脉波的实现方式为：使第一二极管整流桥2和第二二整流桥3同时工作，且第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3输出的电流均为等宽的四电平阶梯直流电流，第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3输出的电压均为等宽的六脉波直流电压，从而将串联型12脉波整流器的12脉波进行3倍倍增，获得36脉波。
本实施方式中，等宽的四电平阶梯直流电流指的是指：一个周期内包含四个不同的电流状态，且同一电流状态下整流器桥输出的电流值恒定，“等宽”指的是每个电流状态的维持时间相同；等宽的六脉波直流电压是指：一个周期之内，整流桥的输出电压有六个脉波，且每个脉波的维持时间是相同的。
本实施方式中，所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，无需采用具有多相输出绕组的移相压器和任何有源开关器件，即可实现整流器脉波数的3倍增，与现有通过移相多重连接得到36脉波整流器相比，具有电路结构简单，易于实现和成本低廉等优点。
本实施方式中，本发明所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，无需在12脉波整流器的输入侧串联电感，避免了采用辅助电压注入电路时需要在12脉波整流器的交流侧串联大电感的问题，使得整流器能够获得较高的位移因数和稳定的输出电压，在中高压大功率场合具有更好的应用前景。
本实施方式中，电压倍增整流器6，用于实现倍增其自身输出电压脉波数目。
具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器作进一步说明，多绕组辅助变压器5的原边绕组AB和其副边绕组EF、以及电压倍增整流器6构成的整体结构，用于实现对流入隔离型变压器1的电流的电平数目进行倍增。
具体实施方式三：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器作进一步说明，所述的辅助单相整流桥4包括二极管Dm1、二极管Dm2、二极管Dm3和二极管Dm4；
二极管Dm2的阳极与二极管Dm4的阴极连接后，作为辅助单相整流桥4的第一交流输入端；
二极管Dm1的阳极与二极管Dm3的阴极连接后，作为辅助单相整流桥4的第二交流输入端；
二极管Dm1的阴极与二极管Dm2的阴极连接后，作为辅助单相整流桥4的正极性输出端与第一二极管整流桥2的负极性输出端连接；
二极管Dm3的阳极与二极管Dm4的阳极连接后，作为辅助单相整流桥4的负极性输出端与第二二极管整流桥3的正极性输出端连接；
所述的电压倍增整流器6包括二极管Dn1、二极管Dn2、电容C3和电容C 4；
二极管Dn1的阴极与电容C3的一端连接后，作为电压倍增整流器6的直流输出端；
二极管Dn2的阳极与电容C4的一端连接后，作为电压倍增整流器6的直流输入端；
电容C3的另一端与电容C4的另一端连接后，作为电压倍增整流器6的第一交流输入端；
二极管Dn1的阳极与二极管Dn2的阴极连接后，作为电压倍增整流器6的第二交流输入端。
本优选方式中，给出了电压倍增整流器6和辅助单相整流桥4的构成，结构简单便于实现。
具体实施方式四：下面结合图2至图5说明本实施方式，本实施方式对实施方式三所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器作进一步说明，倍压整流脉波倍增电路包括四种工作模式，具体为：
工作模式Ⅰ：参见图2，当|us1|<ud2、且us2>0时，辅助单相整流桥4中二极管Dm2和二极管Dm3反偏截止，二极管Dm1和二极管Dm4正向导通；多绕组辅助变压器5的副边绕组EF处于非工作状态，电压倍增整流器6中的两个二极管Dn1和Dn2反偏截止，电容C3和C4没有电流流过，此时，第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3共同为负载8两端供电；
工作模式Ⅱ：参见图3，当us1<ud2+us2、且us2<0时，辅助单相整流桥4中二极管Dm1和二极管Dm4反偏截止，二极管Dm2和二极管Dm3正向导通；多绕组辅助变压器5的副边绕组EF处于非工作状态，电压倍增整流器6中的两个二极管Dn1和Dn2全部反偏截止，电容中没有电流流过。此时，第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3共同为负载8两端供电。
工作模式Ⅲ：参见图4，当us2<0且-us1>ud2-us2时，辅助单相整流桥4中二极管Dm1、和二极管Dm4反偏截止，二极管Dm2和二极管Dm3正向导通；电压倍增整流器6中的二极管Dn1正向导通，Dn2反向截止，电压倍增整流器6中流过电容C3和C4的电流共同进入多绕组辅助变压器5的副边绕组EF的E端，此时，第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3共同为负载8两端供电；
工作模式Ⅳ：参见图5，当-us1>ud2且us2>0时，辅助单相整流桥4中二极管Dm1，二极管Dm4正向导通、二极管Dm2和二极管Dm3反偏截止；电压倍增整流器6中的二极管Dn1反向截止，二极管Dn2正向导通，电流is通过二极管Dn2流向电容C3和C4，此时，第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3共同为负载8两端供电；
is为流过电压倍增整流器6的电流。
本优选方式中，给出了第一种结构的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器中的倍压整流脉波倍增电路的四种工作模式，并详细记载了各模式下各部件的工作状态。
原理分析：
本发明在图1所示的电路结构中(也即：本发明所述的第一种结构的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器)，通过在常规串联型12脉波整流器的直流侧增加一个倍压整流脉波倍增电路来调制并增加第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3的输出电流和输出电压的状态数，通过设计多绕组辅助变压器5的原副边绕组匝比，使得电压倍增整流器6中每个二极管的导通时间分别为其输入电压周期的六分之一，第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3的输出电流为等宽的四电平直流电流，第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3输出的电压均为等宽的六脉波直流电压，根据12脉波整流器交直流侧电压、以及交直流侧电流关系，将12脉波整流器的脉波数增加为原来的3倍，即从12脉波增加为36脉波，实现在基本不增加整流器复杂度的前提下，有效抑制12脉波整流器的输入电流谐波和输出电压的脉动。
具体实施方式五：下面结合图6说明本实施方式，本实施方式所述第二种结构的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，包括串联型12脉波整流器和倍压整流脉波倍增电路；所述串联型12脉波整流器包括移相变压器1、第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3；
移相变压器1，用于将电网输入的三相电压进行移相，生成两路相位相差30°、幅值相同的三相电压，并将移相变压器1生成的两路三相电压分别输出到第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3；
倍压整流脉波倍增电路位于串联型12脉波整流器的直流侧，用于调制第一二极管整流桥2和第二二整流桥3输出电流和输出电压的状态数，从而将串联型12脉波整流器的12脉波进行3倍倍增，获得36脉波；
倍压整流脉波倍增电路包括电压倍增整流器4、第一单相辅助变压器5、第二单相辅助变压器6、第三单相辅助变压器7、辅助单相整流桥8、电容C1和电容C2；
第一二极管整流桥2的正极性输出端与电容C1的一端和辅助单相整流桥8的负极性输出端同时连接，辅助单相整流桥8的正极性输出端作为串联型36脉波整流器的正输出端与负载9的正极性输入端连接；
第二二极管整流桥3的负极性输出端与电容C2的一端和电压倍增整流器4的直流输入端同时连接后，作为串联型36脉波整流器的负输出端与负载9的负极性输入端连接；
电压倍增整流器4的直流输出端与第一单相辅助变压器5的原边绕组AB的同名端A、第一二极管整流桥2的负极性输出端和第二二极管整流桥3的正极性输出端同时连接；
第一单相辅助变压器5的原边绕组AB端的异名端B与第二单相辅助变压器6的原边绕组EF的异名端F、第三单相辅助变压器7的原边绕组LK的同名端L同时连接；
第一单相辅助变压器5的副边绕组CD的同名端C和异名端D分别与电压倍增整流器4的第一和第二交流输入端连接；
第二单相辅助变压器6的原边绕组EF的同名端E与电容C1的另一端连接，第二单相辅助变压器6的副边绕组HG的同名端H与辅助单相整流桥8的第一交流输入端连接，第二单相辅助变压器6的副边绕组HG的异名端G与第三单相辅助变压器7的副边绕组IJ的异名端I端连接；
第三单相辅助变压器7的原边绕组LK的异名端K与电容C2的另一端连接，第三单相辅助变压器7的副边绕组IJ的同名端J与辅助单相整流桥8的第二交流输入端连接；
通过设置第一单相辅助变压器5、第二单相辅助变压器6和第三单相辅助变压器7的原、副边绕组匝比，使电压倍增整流器4中二极管的导通时间为其电压倍增整流器4的两个交流输入端之间所接收的电压周期的1/3，从而使第一二极管整流桥2和第二二整流桥3同时工作，且第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3的输出电流均为非等宽的三电平阶梯直流电流，第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3输出的电压均为等宽的六脉波直流电压。
本实施方式中，移相变压器1可以采用现有的隔离型移相变压器，也可采用多台变压器相互连接构成的输出侧移相角度相差30°的移相变压器或者电力电子移相变压器实现。
本实施方式中，倍压整流脉波倍增电路位于串联型12脉波整流器的直流侧，用于调制第一二极管整流桥2和第二二整流桥3输出电流和输出电压的状态数，从而将串联型12脉波整流器的12脉波进行3倍倍增，获得36脉波的实现方式为：使第一二极管整流桥2和第二二整流桥3同时工作，且第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3输出的电流均为等宽的三电平阶梯直流电，第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3输出的电压均为等宽的六脉波直流电，从而将串联型12脉波整流器的12脉波进行3倍倍增，获得36脉波。
本实施方式中，非等宽的三电平阶梯直流电流是指：一个周期内包含三个不同的电流状态，且同一电流状态下整流器桥输出的电流值恒定，但是每个电流状态的维持时间不同；等宽的六脉波直流电压是指：一个周期之内，整流桥的输出电压有六个脉波，且每个脉波的维持时间是相同的。
本实施方式中，所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，无需采用具有多相输出绕组的移相压器和任何有源开关器件，即可实现整流器脉波数的3倍增，与现有通过移相多重连接得到36脉波整流器相比，具有电路结构简单，易于实现和成本低廉等优点。
本实施方式中，本发明所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，无需在12脉波整流器的输入侧串联电感，避免了采用辅助电压注入电路时需要在12脉波整流器的交流侧串联大电感的问题，使得整流器能够获得较高的位移因数和稳定的输出电压，在中高压大功率场合具有更好的应用前景。
本实施方式中，电压倍增整流器4，用于实现倍增其自身输出的电压脉波数目。
具体实施方式六：下面结合图6说明本实施方式，本实施方式对实施方式五所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器作进一步说明，电压倍增整流器4和第一单相辅助变压器5构成的整体，用于实现对流入隔离型变压器1的电流的电平数目进行倍增。
具体实施方式七：下面结合图6说明本实施方式，本实施方式对实施方式五所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器作进一步说明，所述的电压倍增整流器4包括二极管Dm1、二极管Dm2、电容C3和电容C4；
二极管Dm1的阴极和电容C3的一端连接后，作为电压倍增整流器4的直流输出端；
二极管Dm2的阳极与电容C4的一端连接后，作为电压倍增整流器4的直流输入端；
电容C3的另一端和C4的另一端连接后，作为电压倍增整流器4的第一交流输入端；
二极管Dm1的阳极与二极管Dm2的阴极连接后，作为电压倍增整流器4的第二交流输入端；
辅助单相整流桥8包括二极管Dn1、二极管Dn2、二极管Dn3和二极管Dn4；
二极管Dn1的阳极和二极管Dn2的阳极连接后，作为辅助单相整流桥8负极性输出端；
二极管Dn3的阴极和二极管Dn4的阴极连接后，作为辅助单相整流桥8的正极性输出端；
二极管Dn2的阴极与二极管Dn4的阳极连接后，作为辅助单相整流桥8的第一交流输入端；
二极管Dn1的阴极与二极管Dn3的阳极连接后，作为辅助单相整流桥8的第二交流输入端。
本优选方式中，给出辅助单相整流桥8和电压倍增整流器4的具体构成，结构简单，便于实现。
具体实施方式七：下面结合图7至图9说明本实施方式，本实施方式对实施方式七所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器作进一步说明，倍压整流脉波倍增电路包括三种工作模式，具体为：
工作模式Ⅰ：参见图7，当us1>ud2且us2>us3时，电压倍增整流器4中的二极管Dm2正向导通，二极管Dm1反向截止，第一单相辅助变压器5、辅助单相变压器6和辅助单相变压器7均正常工作，流入电压倍增整流器4的直流输入端的电流is1依次流过二极管Dm2、第一单相辅助变压器5的副边绕组CD后被分成两路，其中，一路流经电容C3后，从电压倍增整流器4的直流输出端流出，另一路流经C4后，通过二极管Dm2重新流入第一单相辅助变压器5的副边绕组CD；同时，辅助单相整流桥8中二极管Dn1和二极管Dn4正向导通，二极管Dn3和二极管Dn4处于反向截止状态，此时，第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3共同为负载9供电；
工作模式Ⅱ：参见图8，当|us1|<ud2时，电压倍增整流器4中的二极管Dm1和Dm2全部反向截止，处于非工作状态，而电压倍增整流器4中的两电容C3和C4均没有电流流经；第一单相辅助变压器5、第二单相辅助变压器6和第三单相辅助变压器7均处于非工作状态，辅助单相整流桥8中的二极管全部处于工作状态，此时，第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3共同为负载9供电；
工作模式Ⅲ：参见图9，当-us1>ud2且us3>us2时，电压倍增整流器4中二极管Dm2反向截止，二极管Dm1正向导通；第一单相辅助变压器5、第二单相辅助变压器6、第三单相辅助变压器7均处于正常工作状态，流入第一单相辅助变压器5的副边绕组CD的电流分成两部分，一部分来自流入电压倍增整流器4的直流输入端的电流is1通过电容C4送入，另一部来自流经电容C3的电流送入；辅助单相整流桥8中二极管Dn1和二极管Dn4均处于反向截止状态，二极管Dn2和二极管Dn3处于正向导通状态，此时，第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3共同为负载9供电。
本优选方式中，给出了第二种结构的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器中的倍压整流脉波倍增电路的三种工作模式，并详细记载了各模式下各部件的工作状态。
原理分析：
本发明在图6所示的电路结构中(也即：本发明所述的第二种结构的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器)，通过在常规串联型12脉波整流器的直流侧增加一个倍压整流脉波倍增电路，来调制并增加第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3的输出电流和输出电压状态数，具体调制过程为通过设置第一单相辅助变压器5和第二单相辅助变压器6以及第三单相辅助变压器7的原边绕组与副边绕组匝比，使得与第一单相辅助变压器5副边绕组连接的电压倍增整流器4中的每个二极管的导通时间为其输入电压周期的三分之一，第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3的输出电流为周期性三电平直流电流，第一二极管整流桥2和第二二极管整流桥3输出的电压均为等宽的六脉波直流电压，根据12脉波整流器交直流侧电压、以及交直流侧电流关系，将12脉波整流器的脉波数增加为原来的3倍，即从12脉波增加为36脉波，实现在基本不增加整流器复杂度的前提下，有效抑制整流器的输入电流谐波。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (8)

1.具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，包括串联型12脉波整流器和倍压整流脉波倍增电路；所述串联型12脉波整流器包括移相变压器(1)、第一二极管整流桥(2)和第二二极管整流桥(3)；
移相变压器(1)，用于将电网输入的三相电压进行移相，生成两路相位相差30°、幅值相同的三相电压，并将移相变压器(1)生成的两路三相电压分别输出到第一二极管整流桥(2)和第二二极管整流桥(3)；
其特征在于；
倍压整流脉波倍增电路位于串联型12脉波整流器的直流侧，用于调制第一二极管整流桥(2)和第二二整流桥(3)输出电流和输出电压的状态数，从而将串联型12脉波整流器的12脉波进行3倍倍增，获得36脉波；
倍压整流脉波倍增电路包括辅助单相整流桥(4)、多绕组辅助变压器(5)、电压倍增整流器(6)、带中心抽头的平衡电抗器(7)、电容C1和电容C2；
第一二极管整流桥(2)的正极性输出端与电容C1的一端连接后，作为串联型36脉波整流器的正输出端与负载(8)的正极性输入端连接；
第二二极管整流桥(3)的负极性输出端与电容C2的一端和电压倍增整流器(6)的直流输入端同时连接后，作为串联型36脉波整流器的负输出端与负载(8)的负极性输入端连接；
辅助单相整流桥(4)的正极性输出端与第一二极管整流桥(2)的负极性输出端连接，辅助单相整流桥(4)的负极性输出端与第二二极管整流桥(3)的正极性输出端连接；
多绕组辅助变压器(5)的原边绕组AB的同名端A与其副边绕组CD的异名端D、辅助单相整流桥(4)的第一交流输入端和电压倍增整流器(6)的直流输出端同时连接；
多绕组辅助变压器(5)的原边绕组AB的异名端B与带中心抽头的平衡电抗器(7)的中心抽头连接；
多绕组辅助变压器(5)的副边绕组CD的同名端C与辅助单相整流桥(4)的第二交流输入端连接；
多绕组辅助变压器(5)的副边绕组EF的同名端E与电压倍增整流器(6)的第一交流输入端连接，多绕组辅助变压器(5)的副边绕组EF的异名端F与电压倍增整流器(6)的第二交流输入端连接；
带中心抽头的平衡电抗器(7)的同名端与电容C1的另一端连接，带中心抽头的平衡电抗器(7)的异名端与电容C2的另一端连接；
通过设置多绕组辅助变压器(5)的原、副边绕组匝比，使电压倍增整流器(6)中二极管的导通时间为其电压倍增整流器(6)的两个交流输入端之间所接收的电压周期的1/6，从而使第一二极管整流桥(2)和第二二整流桥(3)同时工作，且第一二极管整流桥(2)和第二二极管整流桥(3)输出的电流均为等宽的四电平阶梯直流电流，第一二极管整流桥(2)和第二二极管整流桥(3)输出的电压均为等宽的六脉波直流电压。
2.根据权利要求1所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，其特征在于，多绕组辅助变压器(5)的原边绕组AB和其副边绕组EF、以及电压倍增整流器(6)构成的整体结构，用于实现对流入隔离型变压器(1)的电流的电平数目进行倍增。
3.根据权利要求1所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，其特征在于，所述的辅助单相整流桥(4)包括二极管Dm1、二极管Dm2、二极管Dm3和二极管Dm4；
二极管Dm2的阳极与二极管Dm4的阴极连接后，作为辅助单相整流桥(4)的第一交流输入端；
二极管Dm1的阳极与二极管Dm3的阴极连接后，作为辅助单相整流桥(4)的第二交流输入端；
二极管Dm1的阴极与二极管Dm2的阴极连接后，作为辅助单相整流桥(4)的正极性输出端与第一二极管整流桥(2)的负极性输出端连接；
二极管Dm3的阳极与二极管Dm4的阳极连接后，作为辅助单相整流桥(4)的负极性输出端与第二二极管整流桥(3)的正极性输出端连接；
所述的电压倍增整流器(6)包括二极管Dn1、二极管Dn2、电容C3和电容C 4；
二极管Dn1的阴极与电容C3的一端连接后，作为电压倍增整流器(6)的直流输出端；
二极管Dn2的阳极与电容C4的一端连接后，作为电压倍增整流器(6)的直流输入端；
电容C3的另一端与电容C4的另一端连接后，作为电压倍增整流器(6)的第一交流输入端；
二极管Dn1的阳极与二极管Dn2的阴极连接后，作为电压倍增整流器(6)的第二交流输入端。
4.根据权利要求3所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，其特征在于，倍压整流脉波倍增电路包括四种工作模式，具体为：
工作模式Ⅰ：当|us1|<ud2、且us2>0时，辅助单相整流桥(4)中二极管Dm2和二极管Dm3反偏截止，二极管Dm1和二极管Dm4正向导通；多绕组辅助变压器(5)的副边绕组EF处于非工作状态，电压倍增整流器(6)中的两个二极管Dn1和Dn2反偏截止，电容C3和C4没有电流流过，此时，第一二极管整流桥(2)和第二二极管整流桥(3)共同为负载(8)两端供电；
工作模式Ⅱ：当us1<ud2+us2、且us2<0时，辅助单相整流桥(4)中二极管Dm1和二极管Dm4反偏截止，二极管Dm2和二极管Dm3正向导通；多绕组辅助变压器(5)的副边绕组EF处于非工作状态，电压倍增整流器(6)中的两个二极管Dn1和Dn2全部反偏截止，电容中没有电流流过。此时，第一二极管整流桥(2)和第二二极管整流桥(3)共同为负载(8)两端供电。
工作模式Ⅲ：当us2<0且-us1>ud2-us2时，辅助单相整流桥(4)中二极管Dm1、和二极管Dm4反偏截止，二极管Dm2和二极管Dm3正向导通；电压倍增整流器(6)中的二极管Dn1正向导通，Dn2反向截止，电压倍增整流器(6)中流过电容C3和C4的电流共同进入多绕组辅助变压器(5)的副边绕组EF的E端，此时，第一二极管整流桥(2)和第二二极管整流桥(3)共同为负载(8)两端供电；
工作模式Ⅳ：当-us1>ud2且us2>0时，辅助单相整流桥(4)中二极管Dm1，二极管Dm4正向导通、二极管Dm2和二极管Dm3反偏截止；电压倍增整流器(6)中的二极管Dn1反向截止，二极管Dn2正向导通，电流is通过二极管Dn2流向电容C3和C4，此时，第一二极管整流桥(2)和第二二极管整流桥(3)共同为负载(8)两端供电；
is为流过电压倍增整流器(6)的电流。
5.具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，包括串联型12脉波整流器和倍压整流脉波倍增电路；所述串联型12脉波整流器包括移相变压器(1)、第一二极管整流桥(2)和第二二极管整流桥(3)；
移相变压器(1)，用于将电网输入的三相电压进行移相，生成两路相位相差30°、幅值相同的三相电压，并将移相变压器(1)生成的两路三相电压分别输出到第一二极管整流桥(2)和第二二极管整流桥(3)；
其特征在于；
倍压整流脉波倍增电路位于串联型12脉波整流器的直流侧，用于调制第一二极管整流桥(2)和第二二整流桥(3)输出电流和输出电压的状态数，从而将串联型12脉波整流器的12脉波进行3倍倍增，获得36脉波；
倍压整流脉波倍增电路包括电压倍增整流器(4)、第一单相辅助变压器(5)、第二单相辅助变压器(6)、第三单相辅助变压器(7)、辅助单相整流桥(8)、电容C1和电容C2；
第一二极管整流桥(2)的正极性输出端与电容C1的一端和辅助单相整流桥(8)的负极性输出端同时连接，辅助单相整流桥(8)的正极性输出端作为串联型36脉波整流器的正输出端与负载(9)的正极性输入端连接；
第二二极管整流桥(3)的负极性输出端与电容C2的一端和电压倍增整流器(4)的直流输入端同时连接后，作为串联型36脉波整流器的负输出端与负载(9)的负极性输入端连接；
电压倍增整流器(4)的直流输出端与第一单相辅助变压器(5)的原边绕组AB的同名端A、第一二极管整流桥(2)的负极性输出端和第二二极管整流桥(3)的正极性输出端同时连接；
第一单相辅助变压器(5)的原边绕组AB端的异名端B与第二单相辅助变压器(6)的原边绕组EF的异名端F、第三单相辅助变压器(7)的原边绕组LK的同名端L同时连接；
第一单相辅助变压器(5)的副边绕组CD的同名端C和异名端D分别与电压倍增整流器(4)的第一和第二交流输入端连接；
第二单相辅助变压器(6)的原边绕组EF的同名端E与电容C1的另一端连接，第二单相辅助变压器(6)的副边绕组HG的同名端H与辅助单相整流桥(8)的第一交流输入端连接，第二单相辅助变压器(6)的副边绕组HG的异名端G与第三单相辅助变压器(7)的副边绕组IJ的异名端I端连接；
第三单相辅助变压器(7)的原边绕组LK的异名端K与电容C2的另一端连接，第三单相辅助变压器(7)的副边绕组IJ的同名端J与辅助单相整流桥(8)的第二交流输入端连接；
通过设置第一单相辅助变压器(5)、第二单相辅助变压器(6)和第三单相辅助变压器(7)的原、副边绕组匝比，使电压倍增整流器(4)中二极管的导通时间为其电压倍增整流器(4)的两个交流输入端之间所接收的电压周期的1/3，从而使第一二极管整流桥(2)和第二二整流桥(3)同时工作，且第一二极管整流桥(2)和第二二极管整流桥(3)的输出电流均为非等宽的三电平阶梯直流电流，第一二极管整流桥(2)和第二二极管整流桥(3)输出的电压均为等宽的六脉波直流电压。
6.根据权利要求5所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，其特征在于，电压倍增整流器(4)和第一单相辅助变压器(5)构成的整体，用于实现对流入隔离型变压器(1)的电流的电平数目进行倍增。
7.根据权利要求5所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，其特征在于，所述的电压倍增整流器(4)包括二极管Dm1、二极管Dm2、电容C3和电容C4；
二极管Dm1的阴极和电容C3的一端连接后，作为电压倍增整流器(4)的直流输出端；
二极管Dm2的阳极与电容C4的一端连接后，作为电压倍增整流器(4)的直流输入端；
电容C3的另一端和C4的另一端连接后，作为电压倍增整流器(4)的第一交流输入端；
二极管Dm1的阳极与二极管Dm2的阴极连接后，作为电压倍增整流器(4)的第二交流输入端；
辅助单相整流桥(8)包括二极管Dn1、二极管Dn2、二极管Dn3和二极管Dn4；
二极管Dn1的阳极和二极管Dn2的阳极连接后，作为辅助单相整流桥(8)负极性输出端；
二极管Dn3的阴极和二极管Dn4的阴极连接后，作为辅助单相整流桥(8)的正极性输出端；
二极管Dn2的阴极与二极管Dn4的阳极连接后，作为辅助单相整流桥(8)的第一交流输入端；
二极管Dn1的阴极与二极管Dn3的阳极连接后，作为辅助单相整流桥(8)的第二交流输入端。
8.根据权利要求7所述的具有倍压整流脉波倍增电路的串联型36脉波整流器，其特征在于，倍压整流脉波倍增电路包括三种工作模式，具体为：
工作模式Ⅰ：当us1>ud2且us2>us3时，电压倍增整流器(4)中的二极管Dm2正向导通，二极管Dm1反向截止，第一单相辅助变压器(5)、辅助单相变压器(6)和辅助单相变压器(7)均正常工作，流入电压倍增整流器(4)的直流输入端的电流is1依次流过二极管Dm2、第一单相辅助变压器(5)的副边绕组CD后被分成两路，其中，一路流经电容C3后，从电压倍增整流器(4)的直流输出端流出，另一路流经C4后，通过二极管Dm2重新流入第一单相辅助变压器(5)的副边绕组CD；同时，辅助单相整流桥(8)中二极管Dn1和二极管Dn4正向导通，二极管Dn3和二极管Dn4处于反向截止状态，此时，第一二极管整流桥(2)和第二二极管整流桥(3)共同为负载(9)供电；
工作模式Ⅱ：当|us1|<ud2时，电压倍增整流器(4)中的二极管Dm1和Dm2全部反向截止，处于非工作状态，而电压倍增整流器(4)中的两电容C3和C4均没有电流流经；第一单相辅助变压器(5)、第二单相辅助变压器(6)和第三单相辅助变压器(7)均处于非工作状态，辅助单相整流桥(8)中的二极管全部处于工作状态，此时，第一二极管整流桥(2)和第二二极管整流桥(3)共同为负载(9)供电；
工作模式Ⅲ：当-us1>ud2且us3>us2时，电压倍增整流器(4)中二极管Dm2反向截止，二极管Dm1正向导通；第一单相辅助变压器(5)、第二单相辅助变压器(6)、第三单相辅助变压器(7)均处于正常工作状态，流入第一单相辅助变压器(5)的副边绕组CD的电流分成两部分，一部分来自流入电压倍增整流器(4)的直流输入端的电流is1通过电容C4送入，另一部来自流经电容C3的电流送入；辅助单相整流桥(8)中二极管Dn1和二极管Dn4均处于反向截止状态，二极管Dn2和二极管Dn3处于正向导通状态，此时，第一二极管整流桥(2)和第二二极管整流桥(3)共同为负载(9)供电。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117595684A (zh) * 2024-01-17 2024-02-23 兰州交通大学 一种直流侧带双无源脉波倍增电路的串联型36脉波整流器
CN117937955A (zh) * 2024-03-22 2024-04-26 厦门理工学院 辅助全波整流电流注入脉波倍增电路的36脉波整流器

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CN117937955B (zh) * 2024-03-22 2024-06-11 厦门理工学院 辅助全波整流电流注入脉波倍增电路的36脉波整流器

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