CN217545902U - 用于电解水制氢的大功率移相斩波电源 - Google Patents

Abstract

提供一种用于电解水制氢的大功率移相斩波电源，用于降低网测谐波和降低功率因数的拓扑电路，拓扑电路包括用于将电网电压转换成n路输出的移相变压器和与移相变压器输出端并联的n个整流单元，整流单元包括整流桥和斩波电路，整流桥的输出端与斩波电路输入端连接，斩波电路输出端并联后与负载连接；斩波电路包括电容C1、电容C2、IGBT1、IGBT2和电感L，整流桥的输出端串联有IGBT1和电感L，且IGBT1反并联有二极管D1，IGBT1的两侧分别并联有电容C2和IGBT2，且IGBT2反并联有二极管D2，电感L的输出端并联有电容C2。本实用新型解决电解水直流大功率电源谐波含量和功率因数较高问题，有效降低网侧谐波，改善功率因素，提高系统效率，满足大功率电解制氢的应用场合使用需求。

Description

用于电解水制氢的大功率移相斩波电源

技术领域

本实用新型属于电源装置技术领域，具体涉及一种用于电解水制氢的大功率移相斩波电源。

背景技术

随着国家对绿色环保能源的需要，氢气作为一种清洁能源，目前被广泛关注和采用，其中，电解水置换氢气是一种较好的环保制氢场合；市场上主要的大功率氢气电解装置采用可控硅拓扑结构，该拓扑结构存在电网侧功率因素低，电流谐波含量较大的情况，单机不能满足电网要求的情况，特别是在大功率应用场合对电网的在电能质量的污染上较大，影响其它设备正常运行，考虑制氢成本问题，大规模电解水制氢可以有效的降低生产成本，因此针对大功率电解氢气的电力电子的应用场合急需开发一款能解决谐波含量问题和功率因数较高问题的电解水的直流大功率电源。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题：提供一种用于电解水制氢的大功率移相斩波电源，通过采用包括有移相变压器和n个整流单元的拓扑电路和控制策略，解决电解水直流大功率电源谐波含量和功率因数较高问题，有效降低网侧谐波，改善功率因素，提高系统效率，满足大功率电解制氢的应用场合使用需求。

本实用新型采用的技术方案：用于电解水制氢的大功率移相斩波电源，包括与电网通过断路器和交流接触器连接的用于降低网测谐波和降低功率因数的拓扑电路，所述拓扑电路包括用于将电网电压转换成n路输出的移相变压器和与移相变压器输出端并联的n个整流单元，所述整流单元包括整流桥和斩波电路，n个所述整流桥的输入端与移相变压器输出端并联，所述整流桥的输出端与斩波电路输入端连接，所述斩波电路输出端并联后与负载连接；其中，所述斩波电路包括电容C1、电容C2、IGBT1、IGBT2和电感L，所述整流桥的输出端串联有IGBT1和电感L，且IGBT1反并联有二极管D1，所述IGBT1的两侧分别并联有电容C2和IGBT2，且IGBT2反并联有二极管D2，所述电感L的输出端并联有电容C2，n个所述电容C2的输出端并联后与负载连接。

其中，所述移相变压器采用移相方式工作，并将移相后的电压输入至各整流单元中。

进一步地，各所述整流单元采用DSP+FPGA控制平台和高精度外围采样调理电路进行控制，所述整流单元将采样到的电压和电流信号送给DSP与FPGA，并在移相斩波和同步斩波共同作用下对输出的电压和电流进行调节。

进一步地，各所述整流单元输出的电压和电流在经过DSP控制后输出相应的PWM，并分别作用于各斩波电路的IGBT1上，进而输出所需的并联电流和电压。

进一步地，各所述整流单元输出的电压和电流的精度通过DSP+FPGA控制平台进行精准控制，并针对控制要求对输出的电压和电流进行快慢环控制；其中，电流环为快速响应环采用快环控制，电压响应速度要求次于电流环采用慢环控制。

本实用新型与现有技术相比的优点：

1、本技术方案通过采用包括有移相变压器和n个整流单元的拓扑电路和控制策略，拓扑电路中各整流单元采用DSP+FPGA控制平台和高精度外围采样调理电路进行控制，由整流单元将采样到的电压和电流信号送给DSP与FPGA，并在移相斩波和同步斩波共同作用下对输出的电压和电流进行调节，解决电解水直流大功率电源谐波含量和功率因数较高问题，有效降低网侧谐波，改善功率因素，提高系统效率；

2、本技术方案交流侧功率输入部经过移相变压器的移相，能有效的减少电力电子器件对电网的谐波影响，通过移相变压的次级绕组在不同的移相角度设定下的方式，可有效减小电网中的谐波，提高功率因数；

3、本技术方案经过整流桥整流的直流电压经过电容C1、电容C2、IGBT1、IGBT2和电感L的共同工作，转化成预计输出的电压与电流，使得输出电解槽电解水制氢所需的电压与电流，满足目前急需的大功率电解制氢的应用场合。

附图说明

图1为本实用新型拓扑电路图；

图2为本实用新型控制硬件架构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的图1-2，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

用于电解水制氢的大功率移相斩波电源，包括与电网通过断路器和交流接触器连接的用于降低网测谐波和降低功率因数的拓扑电路，所述拓扑电路包括用于将电网电压转换成n路输出的移相变压器1和与移相变压器1输出端并联的n个整流单元，电网通过移相变压器1将高压电转换为600VAC的交流电，所述整流单元包括整流桥2和斩波电路，n个所述整流桥2的输入端与移相变压器1输出端并联，600VAC交流电经过整流桥2进行整流为直流，所述整流桥2的输出端与斩波电路输入端连接，所述斩波电路输出端并联后与负载3连接，直流电经过斩波电路进行同步斩波处理输出需要的直流电压和电流；其中，所述斩波电路包括电容C1、电容C2、IGBT1、IGBT2和电感L，所述整流桥2的输出端串联有IGBT1和电感L，且IGBT1反并联有二极管D1，所述IGBT1的两侧分别并联有电容C2和IGBT2，且IGBT2反并联有二极管D2，所述电感L的输出端并联有电容C2，n个所述电容C2的输出端并联后与负载3连接，从而将多级的直流电压电流进行并联后输出至负载3，满足负载3功率需求的直流电压电流。

所述移相变压器1采用移相方式工作，并将移相后的电压输入至各整流单元中；经过整流桥2整流后的直流进入斩波电路，将直流电压控制在设计范围内；

各所述整流单元采用DSP+FPGA控制平台和高精度外围采样调理电路进行控制，所述整流单元将采样到的电压和电流信号送给DSP与FPGA，并在移相斩波和同步斩波共同作用下对输出的电压和电流进行调节；具体的，各所述整流单元输出的电压和电流的精度通过DSP+FPGA控制平台进行精准控制，并针对控制要求对输出的电压和电流进行快慢环控制；其中，电流环为快速响应环采用快环控制，电压响应速度要求次于电流环采用慢环控制。

各所述整流单元输出的电压和电流在经过DSP控制后输出相应的PWM，并分别作用于各斩波电路的IGBT1上，进而输出所需的并联电流和电压。

前级采用移相变压器1将设备与电网产生电压的一种隔离效果，减小设备工作中对电网安全性的影响；电网的高压电压通过移相变压器1将电压转换成多路输出的600V电压，600V的交流电压在经过整流桥2的将交流电压整流为直流电压，整流后的电压经过电容C1、电容C2、IGBT1、IGBT2和电感共同工作，将直流电压转换为需要输出的电压，最后各整流单元在经过并联方式进行了电压的输出，使得输出电解槽电解水制氢所需的电压与电流。

本技术方案通过采用包括有移相变压器1和n个整流单元的拓扑电路和控制策略，使得处理后输出的电流和电压满足大功率电解制氢的应用场合使用需求，解决电解水直流大功率电源谐波含量和功率因数较高问题，有效降低网侧谐波，改善功率因素，提高系统效率；

本技术方案经过整流桥2整流的直流电压经过电容C1、电容C2、IGBT1、IGBT2和电感L的共同工作，转化成预计输出的电压与电流；交流侧功率输入部经过移相变压器1的移相，能有效的减少电力电子器件对电网的谐波影响，通过移相变压的次级绕组在不同的移相角度设定下的方式，可有效减小电网中的谐波，提高功率因数。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.用于电解水制氢的大功率移相斩波电源，其特征在于：包括与电网通过断路器和交流接触器连接的用于降低网测谐波和降低功率因数的拓扑电路，所述拓扑电路包括用于将电网电压转换成n路输出的移相变压器（1）和与移相变压器（1）输出端并联的n个整流单元，所述整流单元包括整流桥（2）和斩波电路，n个所述整流桥（2）的输入端与移相变压器（1）输出端并联，所述整流桥（2）的输出端与斩波电路输入端连接，所述斩波电路输出端并联后与负载（3）连接；其中，所述斩波电路包括电容C1、电容C2、IGBT1、IGBT2和电感L，所述整流桥（2）的输出端串联有IGBT1和电感L，且IGBT1反并联有二极管D1，所述IGBT1的两侧分别并联有电容C2和IGBT2，且IGBT2反并联有二极管D2，所述电感L的输出端并联有电容C2，n个所述电容C2的输出端并联后与负载（3）连接。

2.根据权利要求1所述的用于电解水制氢的大功率移相斩波电源，其特征在于：所述移相变压器（1）采用移相方式工作，并将移相后的电压输入至各整流单元中。

3.根据权利要求1所述的用于电解水制氢的大功率移相斩波电源，其特征在于：各所述整流单元采用DSP+FPGA控制平台和高精度外围采样调理电路进行控制，所述整流单元将采样到的电压和电流信号送给DSP与FPGA，并在移相斩波和同步斩波共同作用下对输出的电压和电流进行调节。

4.根据权利要求1所述的用于电解水制氢的大功率移相斩波电源，其特征在于：各所述整流单元输出的电压和电流在经过DSP控制后输出相应的PWM，并分别作用于各斩波电路的IGBT1上，进而输出所需的并联电流和电压。

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