CN202218165U - 一种具有能量回馈功能的并联型电子电力变压器 - Google Patents

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段余平
王丹
邱军
黄汉奇
刘荣
陆继明
崔健
吕波
杨宝昆
张锋
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Abstract

本实用新型公开一种具有能量回馈功能的并联型电子电力变压器，交流电源输入端同时与两组交流斩波电路的输入端连接，两组交流斩波电路分别由电力电子开关反向串联组成的第一交流斩波电路和第二交流斩波电路，第一交流斩波电路和第二交流斩波电路的输出端分别接到第一和第二中高频变压器T1、T2的低压侧，第一和第二中高频变压器T1、T2的高压侧并联后作为的输出端；交流斩波电路的控制部分输出两组互补的控制信号；在第一和第二中高频变压器T1、T2的原边分别接入能量回馈电路，能量回馈电路包括依次连接的二极管全桥整流电路、直流滤波电容、全桥逆变电路、反馈变压器T3的原边线圈，反馈变压器T3的副边线圈并联在交流电源输入端。

Description

一种具有能量回馈功能的并联型电子电力变压器
技术领域
本实用新型属于电力电子技术领域，具体是一种具有能量回馈功能的并联型电子电力变压器。
背景技术
电力变压器广泛应用于输配电及生产生活的各种场合，其中工频变压器占绝大多数。传统的工频变压器通常采用铁芯油浸式，具有制作工艺简单、可靠性高等优点。但它也存在一些明显的缺点：体积大、重量重、成本高、空载损耗较高。
新出现的电子式电力变压器功能强，控制灵活，供电电能品质好，可以较好解决这些问题。不过，由于目前大功率电力电子器件耐压和通流能力的限制，已经提出的一些电子式电力变压器拓扑结构形式，实现环节较多，控制较复杂，需要开关器件的数量多，成本较高。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种结构非常简单的具有能量回馈功能的并联型电子电力变压器。可适用于生产生活的各种场合，并具有体积小、重量轻、成本低、控制简单、功率双向流动和运行可靠性高等优点。
本实用新型的技术方案是：本实用新型的具有能量回馈功能的并联型电子电力变压器包括交流斩波电路、交流斩波电路的控制部分、中高频变压器，其交流电源输入端AC同时与两组交流斩波电路的输入端连接，两组交流斩波电路分别是由电力电子开关器件S1与电力电子开关器件S2反向串联组成的第一交流斩波电路和由电力电子开关器件S3与电力电子开关器件S4反向串联组成的第二交流斩波电路，第一交流斩波电路和第二交流斩波电路的输出端分别接到第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2的低压侧，第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2的高压侧并联后作为的输出端；所述交流斩波电路的控制部分输出两组互补的控制信号；在第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2的原边分别接入能量回馈电路，能量回馈电路包括依次连接的二极管全桥整流电路、直流滤波电容、全桥逆变电路、反馈变压器T3的原边线圈，反馈变压器T3的副边线圈并联在交流电源输入端。
在所述的交流电源输入端连接由第一电容C1与第一电感L1组成的L形低压滤波器。
在所述的两个中高频变压器的高压侧并联后的输出端连接由第二电容C2与第二电感L2组成的L形高压滤波器。
在所述的第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2的低压侧分别并联连接非线性电阻R1和R2。其作用是过电压保护。
所述的回馈直流电容的电压控制值为电源电压的1.5～2倍。
本实用新型的有益效果是：利用电力电子开关器件将低频(如：50Hz工频)交流电压斩波成中高频交流，如：500Hz～100kHz(与选用的电力电子开关器件所允许工作的开关频率有关)，中高频变压器的体积、重量和损耗都比低频(或工频)变压器大为减小；电力电子开关器件均工作在低压侧，开关器件成本低和运行可靠性高；控制信号为非常容易产生的占空比为50％的方波，无同步问题，控制非常简单可靠。使用该拓扑的电子电力变压器的具有宽广的功率和电压等级范围，可适用于生产生活多种应用场合。能量回馈电路将部分电能回馈到电源输入端，同时还兼有无功补偿和谐波抑制功能。本实用新型提出一种成本低、结构简单、体积更小、重量更轻和更易实现的含能量回馈的并联型电子电力变压器，有利于实际推广应用。
附图说明
图1是本实用新型的电原理图；
图2是AC输入的电流波形图；
图3是第一交流斩波电路的电流波形图；
图4是第二交流斩波电路的电流波形图；
图5是两个中高频变压器副边并连后的输出电流波形图；
图6是三相三线制实施例；
图7是三相四线制实施例。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1所示，本实用新型包括交流斩波电路、交流斩波电路的控制部分、中高频变压器，其交流电源输入端AC同时与两组交流斩波电路的输入端连接，两组交流斩波电路分别是由电力电子开关器件S1与电力电子开关器件S2反向串联组成的第一交流斩波电路和由电力电子开关器件S3与电力电子开关器件S4反向串联组成的第二交流斩波电路，第一交流斩波电路和第二交流斩波电路的输出端分别接到第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2的低压侧，第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2的高压侧并联后作为的输出端；所述交流斩波电路的控制部分K1可输出两组互补的控制信号；在第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2的低压侧分别接入能量回馈电路，能量回馈电路包括依次连接的二极管全桥整流电路、直流滤波电容、全桥逆变电路、反馈变压器T3的原边线圈，反馈变压器T3的副边线圈并联在交流电源输入端。其中由二极管D1～D8组成两组全桥整流电路，其输入端分别连接到第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2的原边；两组全桥整流电路的输出端分别并联直流滤波电容C3、C4后连接两组全桥逆变电路；两组全桥逆变电路由电力电子开关器件S5～S12组成；两组全桥逆变电路的输出分别连接反馈变压器T3的两个原边线圈L3、L4；反馈变压器T3的副边线圈L5通过第一电容C1与第一电感L1组成的低压滤波器并联在交流电源AC的输入端。K2是两组全桥逆变电路的控制器。
在所述的两个中高频变压器的副边并联后的输出端连接由第二电容C2与第二电感L2组成的L形高压滤波器。
在所述的第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2的原边分别并联连接非线性电阻R1和R2。
图中大虚线框内是本实用新型部分1，小虚线框内是本实用新型的能量回馈电路部分2，Rf是负载。
图2是AC输入的波形图、图3是第一交流斩波电路输出的波形图、图4是第二交流斩波电路输出的波形图：
交流斩波电路电路的控制方法为：在交流斩波电路的控制部分K输出的两组互补的控制信号控制下，电力电子开关器件S1、S2与电力电子开关器件S3、S4的状态互补(反)，即电力电子开关器件S1、S2的状态都为开，则电力电子开关器件S3、S4的状态都为关；电力电子开关器件S3、S4的状态都为开，则电力电子开关器件S1、S2的状态都为关。由图3、图4可见，两组交流斩波电路输出电流正好互补。
图5是两个中高频变压器副边并连后的输出波形图：
由于两组交流斩波电路输出电流互补，两个变压器高压侧的电流波形也正好互补。这样，将两个变压器高压侧并联后的输出的电流为完整的正弦波。
电力电子开关器件可采用MOSFET、IGBT等。在大电流情况下，电力电子开关器件S1、S2、S3和S4可以是由多个电力电子开关器件构成。
能量回馈部分的工作原理：
如图1，对于第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2，其原边线圈电压和电流关系为：
Figure BDA0000084329100000041
其中L为线圈电感。在电力电子开关器件S1、S2或电力电子开关器件S3、S4关断时，由于流过变压器线圈上的电流发生突变，由式
Figure BDA0000084329100000042
可知，变压器线圈上会产生很高的电压。线圈上储存有能量
Figure BDA0000084329100000043
在下一个开关周期到来之前，需将此能量尽快释放使线圈上的电流为零。在变压器线圈两端并联非线性电阻R1、R2就是吸收这部分能量，同时将变压器线圈电压控制在保护值之内。
接入能量回馈电路2后，当电力电子开关器件S1、S2或电力电子开关器件S3、S4关断时，第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2线圈上的能量通过两组全桥整流电路对直流滤波电容C3、C4充电，然后经过两组全桥逆变电路将此能量回馈到电源输入端，此时这部分能量不用消耗在非线性电阻上，而是回馈到了电源输入端，起到了节能的作用。而非线性电阻只是当能量回馈电路发生故障时才起吸收和保护作用。
能量回馈电路具体控制为：将直流滤波电容C3、C4的电压控制在一个合理的控制值，此值越大，变压器线圈上的放电速度越快，但同时需提高变压器线圈的耐压，一般将此控制值取电源电压的1.5～2倍。
而当电力电子开关器件S1、S2或电力电子开关器件S3、S4开通时，第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2线圈上的电压为正常值，其值低于直流滤波电容C3、C4电压，故能量回馈电路中的两组全桥整流电路的二极管不能导通，能量回馈电路变成由直流滤波电容C3、C4、两组全桥逆变电路和反馈变压器T3组成，并联在电源输入端，此时能量回馈电路相当于静止同步补偿器STATCOM，通过适当的控制，可起到一定的无功补偿和谐波抑制作用。
本实用新型既可为单相，也可由三个单相构成三相三线制系统和三相四线制系统。
图6是三相三线制实施例，图7是三相四线制实施例：T是变压器，只显示原边部分，1代表图1中虚框部分，即本实用新型的技术方案部分。
本实用新型不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本实用新型公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本实用新型，因此，凡是采用本实用新型的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计的，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (5)

1.一种具有能量回馈功能的并联型电子电力变压器，包括交流斩波电路、交流斩波电路的控制部分、中高频变压器，其特征在于：交流电源输入端AC同时与两组交流斩波电路的输入端连接，两组交流斩波电路分别是由电力电子开关器件S1与电力电子开关器件S2反向串联组成的第一交流斩波电路和由电力电子开关器件S3与电力电子开关器件S4反向串联组成的第二交流斩波电路，第一交流斩波电路和第二交流斩波电路的输出端分别接到第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2的高压侧，第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2的低压侧并联后作为的输出端；所述交流斩波电路的控制部分可输出两组互补的控制信号；在第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2的高压侧分别接入能量回馈电路，能量回馈电路包括依次连接的二极管全桥整流电路、直流滤波电容、全桥逆变电路、反馈变压器T3的原边线圈，反馈变压器T3的副边线圈并联在交流电源输入端。
2.根据权利要求1所述的具有能量回馈功能的并联型电子电力变压器，其特征在于：在所述的交流电源输入端连接由第一电容C1与第一电感L1组成的L形低压滤波器。
3.根据权利要求1或2所述的具有含能量回馈功能的并联型电子电力变压器，其特征在于：在所述的两个中高频变压器的高压侧并联后的输出端连接由第二电容C2与第二电感L2组成的L形高压滤波器。
4.根据权利要求1或2所述的具有能量回馈功能的并联型电子电力变压器，其特征在于：在所述的第一中高频变压器T1和第二中高频变压器T2的低压侧分别并联连接非线性电阻R1和R2。
5.根据权利要求1或2所述的具有能量回馈功能的并联型电子电力变压器，其特征在于：所述的直流滤波电容的电压控制值为电源电压的1.5～2倍。
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