TWI572109B - 直流供電裝置 - Google Patents

直流供電裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI572109B
TWI572109B TW104110348A TW104110348A TWI572109B TW I572109 B TWI572109 B TW I572109B TW 104110348 A TW104110348 A TW 104110348A TW 104110348 A TW104110348 A TW 104110348A TW I572109 B TWI572109 B TW I572109B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
voltage
low
power supply
phase
alternating current
Prior art date
Application number
TW104110348A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201620226A (zh
Inventor
言超
孫麗萍
顏黎浩
Original Assignee
台達電子工業股份有限公司
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 台達電子工業股份有限公司 filed Critical 台達電子工業股份有限公司
Publication of TW201620226A publication Critical patent/TW201620226A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI572109B publication Critical patent/TWI572109B/zh

Links

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
    • 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
    • H02M5/14—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 between circuits of different phase number
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • 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
    • H02M7/08—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 arranged for operation in parallel
    • 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
    • H02M7/10—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 arranged for operation in series, e.g. for multiplication of voltage
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/008—Plural converter units for generating at two or more independent and non-parallel outputs, e.g. systems with plural point of load switching regulators
    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33561—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having more than one ouput with independent control
    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

直流供電裝置 【0001】
本申請涉及交流轉直流供電技術領域，尤其涉及一種高效的直流供電裝置。
 【0002】
自從進入資訊時代以來，電信中心和資料中心等工業設備成幾何倍數增長，而提供工業設備供電的直流電系統也需要更多的電力。直流電必須由交流電轉換而來，而中壓交流電轉換到低壓直流電是其中的重要環節，因此高效的直流供電系統是工業設備供電系統的發展趨勢。
【0003】
傳統用於電信中心或資料中心的直流供電系統大多先是利用工頻變壓器將電網提供的中壓交流電轉換為低壓交流電，輸出的低壓交流電或通過UPS（Uninterrupted Power Supply，不斷電供應系統）和交流/直流轉換器轉換為低壓直流電，或通過三相主動前端AFE（Active Front End，主動前端）、直流/直流轉換器並配合備用電池和另一直流/直流轉換器輸出低壓直流電，這兩種方式得到的低壓直流電即可用於為中心機房的複數個負載供電。
【0004】
然而，上述傳統直流供電系統中，UPS的體積和損耗都偏大，而AFE元件和直流/直流轉換器的主動整流又存在系統複雜的問題。有鑑於此，對直流供電系統存在小型化和簡便化的需求，同時還應保證系統的轉換效率和可靠性。
 【0005】
本申請的實施例旨在提供一種直流供電裝置，以解決傳統直流供電技術存在的上述問題。
【0006】
為實現上述目的，本申請的實施例提供了一種直流供電裝置，包括：移相變壓器，接收一三相中壓交流電並輸出四路及四路以上三相低壓交流電；中壓交流開關櫃，接收一外供三相中壓交流電並將該三相中壓交流電輸出至該移相變壓器；不可控整流電路，接收該移相變壓器輸出之該三相低壓交流電並輸出低壓直流電。
【0007】
由上述技術方案可知，本申請實施例的直流供電裝置中，移相變壓器可以實現中壓交流電與低壓交流電的轉換，不可控整流電路可以將交流電轉換成直流電，從而可以達到中壓交流電與低壓直流電的轉換要求。並且，相對於傳統系統而言，本申請實施例的直流供電裝置能夠在保證轉換效率和可靠性的前提下降低系統的體積、成本以及複雜度。

 【0038】
MVac‧‧‧中壓交流電
MLVac‧‧‧三相低壓交流電
TLVac‧‧‧三相低壓交流電
LVac‧‧‧單相低壓交流電
LVdc‧‧‧低壓直流電
MLVdc‧‧‧低壓直流電
V電池‧‧‧電池電壓
LVdc1‧‧‧第一低壓直流電
LVdc2‧‧‧第二低壓直流電
MLVac1‐MLVac4‧‧‧三相低壓交流電
MLVdc1‐MLVdc4‧‧‧低壓直流電
11‧‧‧中壓交流電開關櫃
12‧‧‧工頻變壓器
13‧‧‧備用發電機
14‧‧‧升壓變壓器
15‧‧‧UPS
16‧‧‧三相低壓交流電開關櫃
17‧‧‧交流/直流轉換器
18‧‧‧負載
21‧‧‧中壓交流電開關櫃
22‧‧‧工頻變壓器
23‧‧‧備用發電機
24‧‧‧升壓變壓器
25‧‧‧三相主動前端
26‧‧‧直流/直流轉換器
27‧‧‧低壓直流電開關櫃
28‧‧‧直流/直流轉換器
29‧‧‧負載
210‧‧‧備用電池
211‧‧‧直流/直流轉換器
31‧‧‧移相變壓器
32‧‧‧中壓交流開關櫃
33‧‧‧不可控整流電路
311‧‧‧一次側繞組
312‧‧‧二次側繞組
313‧‧‧鐵芯
41‧‧‧低壓直流電開關櫃
42‧‧‧第一階直流/直流轉換器
43‧‧‧第二階直流/直流轉換器
44‧‧‧負載
51‧‧‧備用電池
52‧‧‧直流/直流轉換器
53‧‧‧備用發電機
54‧‧‧升壓變壓器
81-84‧‧‧全橋整流電路
91-94‧‧‧全橋整流電路
101-104‧‧‧全橋整流電路
D1-D6、D21-D22、D33‧‧‧二極體
C1-C12、C21-C25‧‧‧電容
L1-L4、L21-L24、L35‧‧‧電感
Q21-Q29、Q31-Q33、Q210‧‧‧開關管
T21‧‧‧變壓器
N11‧‧‧初級繞組
N21-N22‧‧‧次級繞組
【0008】

圖1示出典型直流供電系統的一實施模式電路框圖；
圖2示出典型直流供電系統的另一實施模式電路框圖；
圖3-5分別示出本申請直流供電裝置實施例的電路框圖；
圖6示出移相變壓器的實施例示意圖；
圖7示出不可控整流電路子單元的實施例示意圖；
圖8至圖10分別示出不可控整流電路的實施例示意圖；
圖11和圖12分別示出第一階和第二階直流/直流轉換器的實施例示意圖；
圖13和圖14分別示出直流/直流轉換器的實施例示意圖。
 【0009】
圖1為直流供電系統的一實施模式電路框圖，其示出一種典型的中壓交流電與低壓直流電轉換系統。在圖1中，MVac為中壓交流電，典型電壓範圍為1kVac至50kVac（1kVac和50kVac均為有效值，下述交流電壓值除非特別說明也均為有效值）；MLVac和TLVac為三相低壓交流電，典型電壓為380Vac； LVac為單相低壓交流電，典型電壓為220Vac；LVdc為低壓直流電，典型電壓為12Vdc。
【0010】
圖1所示直流供電系統的工作狀態如下。在正常工作條件下，備用發電機13不工作，中壓交流電MVac通過中壓交流電開關櫃11進行分配。中壓交流電開關櫃11主要包括斷路器、隔離開關、操作機構等部件（圖中未示出），其具有開合、控制和保護等功能，可以實現將中壓交流電MVac作為工頻變壓器12的輸入，或者實現將升壓變壓器14輸出的中壓交流電MVac作為工頻變壓器12的輸入，另外也可以實現關閉工頻變壓器12的輸入。然後，通過工頻變壓器12將中壓交流電MVac變換為三相低壓交流電MLVac，其中工頻變壓器12適用於40Hz至70Hz的交流電，並能夠改變交流電的電壓幅值。UPS（Uninterrupted Power Supply，不斷電供應系統）15可以將三相低壓交流電MLVac變換為另一三相低壓交流電TLVac。UPS 15主要包括主路、旁路、電池和逆變電路等，可以實現控制輸出三相低壓交流電TLVac的功能。當三相低壓交流電MLVac輸入正常時，UPS 15將三相低壓交流電MLVac穩壓後輸出另一三相低壓交流電TLVac；當三相低壓交流電MLVac中斷時，UPS 15將電池的直流電逆變為交流電輸出所需的另一三相低壓交流電TLVac；UPS 15也可以選擇關閉輸出三相低壓交流電TLVac。經過三相低壓交流電開關櫃16將三相低壓交流電TLVac分配為單相低壓交流電LVac，其中三相低壓交流電開關櫃16主要包括斷路器、隔離開關、操作機構等部件，具有開合、控制和保護等功能。然後，通過交流/直流轉換器17將單相低壓交流電LVac轉換為低壓直流電LVdc，最後給各個負載18供電。在非正常工作條件下，如果中壓交流電MVac電壓過低，例如低於典型電壓的90%，則啟動備用發電機13，並通過升壓變壓器14輸出中壓交流電MVac，然後通過中壓交流電開關櫃11將該中壓交流電MVac提供給系統使用。在圖1所示系統中，交流/直流轉換器17可以採用複數個輸出方式。
【0011】
圖2為直流供電系統的另一實施模式電路框圖，其示出另一種典型的中壓交流電與低壓直流電轉換系統。與圖1類似，在圖2中，MVac為中壓交流電，典型電壓範圍為1kVac至50kVac；MLVac為三相低壓交流電，典型電壓為380Vac；MLVdc為低壓直流電，典型電壓為380Vdc；LVdc為另一低壓直流電，典型電壓為12Vdc。
【0012】
圖2所示直流供電系統的工作狀態如下。在正常工作條件下，備用發電機23和備用電池210均不工作，中壓交流電MVac通過中壓交流電開關櫃21進行分配，並通過工頻變壓器22將中壓交流電MVac轉換為三相低壓交流電MLVac，三相低壓交流電MLVac通過三相主動前端(AFE) 25和直流/直流轉換器(DC/DC Converter) 26轉換為低壓直流電MLVdc，其中三相主動前端 25可以將交流電經過整流後轉換為直流電，同時可以通過主動控制實現消除高次諧波，提高功率因數等功能。低壓直流電開關櫃27將低壓直流電MLVdc進行分配，其中該低壓直流電開關櫃27主要包括斷路器、隔離開關、操作機構等部件，具有開合、控制和保護等功能。接續，通過直流/直流轉換器28將低壓直流電MLVdc轉換為另一低壓直流電LVdc，最後給各個負載29供電。在非正常工作條件下，如果中壓交流電MVac電壓過低，例如低於典型電壓的90%，則啟動備用發電機23，並通過升壓變壓器24輸出中壓交流電MVac，然後通過中壓交流電開關櫃21提供中壓交流電MVac供系統使用。如果低壓直流電MLVdc電壓過低，例如低於典型電壓的90%，則啟動備用電池210，並通過直流/直流轉換器211將電池電壓V電池轉換為所需的低壓直流電MLVdc，然後通過低壓直流電開關櫃27維持直流系統供電。在圖2所示系統中，三相主動前端25和直流/直流轉換器 26可以採用複數個並聯方式，直流/直流轉換器28也可以採用複數個輸出方式。
【0013】
下面將詳細描述本申請的具體實施例。應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本申請。
【0014】
本申請的直流供電裝置一實施例如圖3所示，包括：移相變壓器31、中壓交流開關櫃32及不可控整流電路33。其中，移相變壓器31接收一三相中壓交流電MVac並輸出四路及四路以上三相低壓交流電MLVac；中壓交流開關櫃32接收一外供三相中壓交流電MVac並將該三相中壓交流電MVac輸出至該移相變壓器31；不可控整流電路33接收該移相變壓器31輸出的該三相低壓交流電MLVac並輸出低壓直流電MLVdc。在一個實施例中，上述三相中壓交流電MVac的電壓範圍為1kV至50kV，且頻率小於100Hz；上述三相低壓交流電MLVac的範圍為100V至700V，典型例如為380V，且頻率小於100Hz；上述低壓直流電MLVdc的電壓範圍為100V至800V，典型例如為380V或270V。
【0015】
本申請的直流供電裝置另一實施例如圖4所示。在圖3所示實施例的基礎上，本實施例的直流供電裝置還包括低壓直流電開關櫃41、第一階直流/直流轉換器42、及第二階直流/直流轉換器43。其中，低壓直流電開關櫃41接收不可控整流電路33輸出的低壓直流電MLVdc並分配輸出一低壓直流電MLVdc；第一階直流/直流轉換器42接收該低壓直流電MLVdc並輸出一第一低壓直流電LVdc1；第二階直流/直流轉換器43接收該第一低壓直流電LVdc1並輸出一第二低壓直流電LVdc2至負載44。在一個實施例中，上述第一低壓直流電LVdc1的電壓範圍為0伏至100伏；上述第二低壓直流電LVdc2的電壓範圍為0伏至5伏。如圖所示，在本實施例中，第一階直流/直流轉換器42可以輸出複數路低壓直流電LVdc1，從而可以減小系統體積、提高系統效率。
【0016】
本申請的直流供電裝置再一實施例如圖5所示。在圖4所示實施例的基礎上，本實施例的直流供電裝置進一步包括備用電池51、直流/直流轉換器52、備用發電機53、及升壓變壓器54。其中，備用電池51提供一電池電壓V電池；直流/直流轉換器52與該備用電池51連接，並將該備用電池51輸出的電池電壓V電池轉換成另一低壓直流電MLVdc輸送至低壓直流電開關櫃41。備用發電機53提供一備用外供三相中壓交流電；升壓變壓器54與該備用發電機53連接，並將該備用發電機53提供的備用外供三相中壓交流電輸送至上述中壓交流開關櫃32。在一個實施例中，備用電池51可以在不可控整流電路33輸出的低壓直流電MLVdc低於一設定範圍時啟動以提供備用直流電。類似地，在另一實施例中，備用發電機53可以在輸入中壓交流開關櫃32的外供三相中壓交流電電壓MVac低於另一設定範圍時啟動以提供備用外供三相中壓交流電。
【0017】
上述實施例的直流供電裝置採用移相變壓器和不可控整流電路實現中壓交流電到低壓直流電的轉換，與圖1中工頻變壓器和UPS所組成的典型系統相比可減小系統整體的能耗和體積，與圖2中主動前端(AFE)和直流/直流轉換器所組成的典型系統相比可實現系統整體的簡化。因此，上述實施例的直流供電裝置具有更小的體積，並且能夠實現較高的功率密度和轉換效率，以下實施例將加以詳細闡述。
【0018】
在一個實施例中，上述移相變壓器31輸出大於等於四的偶數路的三相低壓交流電。對應地，在一個實施例中，上述不可控整流電路33包括大於等於四的偶數個不可控整流電路子單元，每個不可控整流電路子單元接收一路上述三相低壓交流電MLVac。其中，每兩個不可控整流電路子單元串聯且與其他串聯的不可控整流電路子單元的輸出並聯。下面參見圖6-圖10所示，圖6顯示上述移相變壓器的實施例示意圖，圖7顯示上述不可控整流電路子單元的實施例示意圖，圖8-圖10顯示不可控整流電路的實施例示意圖。
【0019】
首先，如圖6所示，本實施例的移相變壓器31包括用於接收上述三相中壓交流電的一次側繞組311、用於輸出三相低壓交流電的二次側繞組312、和鐵芯313。圖6所示實施例示出了4個二次側繞組312，對應於四路三相低壓交流電MLVac。然而，本申請的技術方案並不僅限於此，二次側繞組312的數量可以為大於等於4的偶數。並且，在一個實施例中，可以使各個二次側繞組312的同名端線電壓之間存在相位偏移，從而提高整流設備的脈衝數，進而提高功率因數和減少網側諧波電流。進一步，由於移相變壓器31的二次側繞組312數量較多，因而整流設備的脈衝數較多，從而使得功率因數較高，網側諧波電流較小。與圖1所示的典型系統相比，本實施例的移相變壓器與工頻變壓器的體積及效率相近，但整流電路等部件的體積和損耗均低於UPS，因此本實施例的直流供電系統能夠實現更高的功率密度和轉換效率。此外，傳統的UPS需要較為複雜的控制，而本實施例的系統結構和控制較為簡單，因此可靠性更高。
【0020】
接續，如圖7所示，本實施例的不可控整流電路子單元採用全橋整流電路來實現，其包括三個分別由兩個串聯二極體（共六個二極體D1-D6）組成的橋臂，上述二次側繞組312輸出的三相低壓交流電MLVac分別輸入至三個橋臂的中點。與圖2所示典型系統中由主動前端(AFE)和直流/直流轉換器所組成的主動整流電路相比，本實施例採用三相全橋整流電路實現被動整流，不僅具有器件數量少、損耗低的特點，而且可以提高轉換效率。此外，傳統的主動前端(AFE)和直流/直流轉換器需要閉回路控制，而全橋整流電路為不可控整流，因此結構和控制更為簡單，並且可靠性較高。
【0021】
圖8為不可控整流電路的實施例一示意圖，如圖所示，對應於圖6所示4個二次側繞組312輸出的四路三相低壓交流電MLVac，本實施例的不可控整流電路包括4個圖7所示的全橋整流電路81-84。其中，全橋整流電路81-84的輸出端分別並聯耦接有電容C1-C4；全橋整流電路81與83的輸出串聯，全橋整流電路82與84的輸出串聯，兩處串聯的輸出再並聯以輸出上述的低壓直流電MLVdc。圖8所示實施例的不可控整流電路工作狀態如下：三相低壓交流電MLVac1通過一個三相全橋整流電路81轉換為低壓直流電MLVdc1，三相低壓交流電MLVac2也通過一個三相全橋整流電路82轉換為低壓直流電MLVdc2；同理，三相低壓交流電MLVac3和三相低壓交流電MLVac4分別通過相應的三相全橋整流電路83和84轉換得到低壓直流電MLVdc3和低壓直流電MLVdc4；分別將低壓直流電MLVdc1和低壓直流電MLVdc3串聯、低壓直流電MLVdc2和低壓直流電MLVdc4串聯，再並聯得到上述的低壓直流電MLVdc。
【0022】
圖9為不可控整流電路的實施例二示意圖，如圖9所示，對應於圖6所示4個二次側繞組312輸出的四路三相低壓交流電MLVac，本實施例的不可控整流電路包括4個圖7所示的全橋整流電路91-94。其中，全橋整流電路91-94的輸出端分別並聯耦接有電容C5-C8與全橋整流電路91與93的輸出串聯，全橋整流電路92與94的輸出串聯，而兩處串聯的輸出再並聯以輸出上述的低壓直流電。接續，在全橋整流電路91與93的輸出串聯之後且在兩處串聯的輸出並聯之前的位置耦接有濾波電感L1，在全橋整流電路92與94的輸出串聯之後且在兩處串聯的輸出並聯之前的位置耦接有濾波電感L2。圖9所示實施例的不可控整流電路工作狀態如下：三相低壓交流電MLVac1通過一個三相全橋整流電路91轉換為低壓直流電MLVdc1，三相低壓交流電MLVac2也通過一個三相全橋整流電路92轉換為MLVdc2；同理，三相低壓交流電MLVac3和三相低壓交流電MLVac4分別通過相應的三相全橋整流電路93和94轉換得到低壓直流電MLVdc3和低壓直流電MLVdc4；分別將低壓直流電MLVdc1和低壓直流電MLVdc3串聯並經過電感L1和電容C5、C6濾波，將低壓直流電MLVdc2和低壓直流電MLVdc4串聯並經過電感L2和電容C7、C8濾波，再並聯得到上述的低壓直流電MLVdc。
【0023】
在圖10為不可控整流電路的實施例三示意圖，如圖10所示，對應於圖6所示4個二次側繞組312輸出的四路三相低壓交流電MLVac，本實施例的不可控整流電路包括4個圖7所示的全橋整流電路101-104。其中，全橋整流電路101與103的輸出串聯，再串聯耦接濾波電感L3後並聯耦接至串聯的電容C9和C11；全橋整流電路102與104的輸出串聯，再串聯耦接濾波電感L4後並聯耦接至串聯的電容C10和C12；串聯的電容C9和C11與串聯的電容C10和C12並聯以輸出上述的低壓直流電MLVdc。圖10所示實施例的不可控整流電路工作狀態如下：三相低壓交流電MLVac1通過一個三相全橋整流電路101轉換為低壓直流電MLVdc1，三相低壓交流電MLVac2也通過一個三相全橋整流電路102轉換為低壓直流電MLVdc2；同理，三相低壓交流電MLVac3和三相低壓交流電MLVac4分別通過相應的三相全橋整流電路103和104轉換得到低壓直流電MLVdc3和低壓直流電MLVdc4；分別將低壓直流電MLVdc1和低壓直流電MLVdc3串聯經過電容C9、C11和電感L3濾波，將低壓直流電MLVdc2和低壓直流電MLVdc4串聯經過電容C10、C12和電感L4濾波，再並聯得到上述的低壓直流電MLVdc。
【0024】
如上所述，在圖9和圖10所示的實施例中，不可控整流電路的濾波電路實施為非耦合電感和電容的組合，然而本申請的技術方案並不僅限於此，而是還可以採用其他形式的濾波電路，例如單獨實施為非耦合電感。
【0025】
在上述實施例中，移相變壓器31和不可控整流電路33共同構成脈衝整流，較多的脈衝數量可以降低網側諧波電流和整流紋波電壓。此外，低壓直流電開關櫃41內部的輸入側可設有電容，通過增大該電容的容值，也可以實現進一步降低整流紋波電壓的效果。
【0026】
圖11和圖12分別示出上述實施例中第一階直流/直流轉換器42和第二階直流/直流轉換器43的實施例示意圖。
【0027】
如圖11所示，本實施例的第一階直流/直流轉換器42包括變壓器T21、電容C21-C23、開關管Q21-Q28、二極體D21-D22、以及電感L21-L23。其中，上述低壓直流開關櫃41輸出的供電低壓直流電MLVdc輸入至電容C21的兩端；電容C21的一端分別耦接至開關管Q21的一端、二極體D21的一端、和開關管Q22的一端；電容C21的另一端分別耦接至開關管Q23的一端、二極體D22的一端、和開關管Q24的一端；開關管Q21的另一端與開關管Q23的另一端耦接，二極體D21的另一端與二極體D22的另一端耦接，開關管Q22的另一端與開關管Q24的另一端耦接；電感L21的一端耦接至開關管Q21與開關管Q23之間，電感L21的另一端耦接至二極體D21與二極體D22之間。
【0028】
接續，變壓器T21至少包括一初級繞組N11及兩個次級繞組N21-N22；初級繞組N11的一端耦接至二極體D21與二極體D22之間，初級繞組N11的另一端耦接至開關管Q22與開關管Q24之間；次級繞組N21的一端耦接至開關管Q25的一端，次級繞組N21的另一端耦接至開關管Q26的一端，開關管Q25的另一端耦接至開關管Q26的另一端；次級繞組N21的中間抽頭耦接至電感L22的一端；電感L22的另一端耦接至電容C22的一端，電容C22的另一端耦接至開關管Q25和Q26的另一端；電容C22的兩端輸出一路上述的第一低壓直流電LVdc1；次級繞組N22的一端耦接至開關管Q27的一端，次級繞組N22的另一端耦接至開關管Q28的一端，開關管Q27的另一端耦接至開關管Q28的另一端；次級繞組N22的中間抽頭耦接至電感L23的一端；電感L23的另一端耦接至電容C23的一端，電容C23的另一端耦接至開關管Q27和Q28的另一端；電容C23的兩端輸出另一路上述的第一低壓直流電LVdc1。
【0029】
圖11所示第一階直流/直流轉換器42的工作狀態如下：當開關管Q21和開關管Q24開通、開關管Q22和開關管Q23關斷時，開通開關管Q26和開關管Q28，關斷開關管Q25和開關管Q27，則低壓直流電MLVdc通過開關管Q21、電感L21、開關管Q24、變壓器T21、開關管Q26、電感L22和電容C22輸出一路第一低壓直流電LVdc1，低壓直流電MLVdc通過開關管Q21、電感L21、開關管Q24、變壓器T21、開關管Q28、電感L23和電容C23輸出另一路第一低壓直流電LVdc1。當開關管Q22和開關管Q23開通、開關管Q21和開關管Q24關斷時，開通開關管Q25和開關管Q27，關斷開關管Q26和開關管Q28，則低壓直流電MLVdc通過開關管Q23、電感L21、開關管Q22、變壓器T21、開關管Q25、電感L22和電容C22輸出一路第ㄧ低壓直流電LVdc1，低壓直流電MLVdc通過開關管Q23、電感L21、開關管Q22、變壓器T21、開關管Q27、電感L23和電容C23輸出另一路第ㄧ低壓直流電LVdc1。
【0030】
如圖12所示，本實施例的第二階直流/直流轉換器43包括電容C24和C25、開關管Q29和開關管Q210、以及電感L24。圖11所示實施例的第一階直流/直流轉換器42所輸出的其中一路第一低壓直流電LVdc1輸入至電容C24的兩端；電容C24的一端耦接至開關管Q29的一端；開關管Q29的另一端分別耦接至開關管Q210的一端和電感L24的一端；電感L24的另一端耦接至電容C25的一端；電容C24的另一端、開關管Q210的另一端、和電容C25的另一端耦接；電容C25的兩端輸出上述的第二低壓直流電LVdc2至負載44。
【0031】
圖12所示第二階直流/直流轉換器43的工作狀態如下：當開關管Q29開通，開關管Q210關斷時，第ㄧ低壓直流電LVdc1通過開關管Q29、電感L24和電容C25輸出第二低壓直流電LVdc2。當開關管Q210開通，開關管Q29關斷時，第ㄧ低壓直流電LVdc1的轉換通路被截止，儲存在電感L24和電容C25中的能量通過開關管Q210轉換為第二低壓直流電LVdc2。
【0032】
圖13和圖14分別示出上述實施例中直流/直流轉換器52的實施例示意圖。
【0033】
如圖13所示，一實施例的直流/直流轉換器52包括開關管Q31-Q33和電感L35。其中，上述備用電池51電池電壓V電池的一端耦接至開關管Q31的一端，開關管Q31的另一端耦接至電感L35的一端，電感L35的另一端分別耦接至開關管Q32的一端和開關管Q33的一端，開關管Q32的另一端耦接至上述另一低壓直流電MLVdc的一端，開關管Q33的另一端分別耦接至備用電池51電池電壓V電池的另一端和上述另一低壓直流電MLVdc的另一端。
【0034】
圖13所示直流/直流轉換器52的工作狀態如下：當開關管Q31和開關管Q33開通、開關管Q32關斷時，電池電壓V電池通過開關管Q31、電感L35和開關管Q33形成迴路，並將能量儲存在電感L35中；當開關管Q33關斷、開關管Q31繼續開通、開關管Q32開通時，儲存在電感L35中的能量通過開關管Q31和開關管Q32轉換為低壓直流電MLVdc。
【0035】
如圖14所示，另一實施例的直流/直流轉換器52在圖13所示實施例一的基礎上還包括二極體D33，二極體D33的一端分別耦接至備用電池51電池電壓V電池的一端和開關管Q31的一端，二極體D33的另一端分別耦接至開關管Q32的另一端和上述另一低壓直流電MLVdc的一端。
【0036】
圖14所示直流/直流轉換器52的工作狀態如下：當電池電壓V電池高於低壓直流電MLVdc時，電池電壓V電池通過二極體D33轉換為低壓直流電MLVdc；當電池電壓V電池低於低壓直流電MLVdc時，二極體D33截止；進一步，當開關管Q31和開關管Q32開通、開關管Q33關斷時，低壓直流電MLVdc通過開關管Q32、電感L35和開關管Q31形成迴路，將低壓直流電MLVdc轉換為電池電壓V電池；當開關管Q32關斷、開關管Q31繼續開通、開關管Q33開通時，儲存在電感L35中的能量通過開關管Q31和開關管Q33轉換為電池電壓V電池。
【0037】
雖然已參照幾個典型實施例描述了本申請，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本申請能夠以多種形式具體實施而不脫離申請的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入專利範圍或其等效範圍內的全部變化和改型都應為隨附專利範圍所涵蓋。
 
MVac‧‧‧中壓交流電
MLVac‧‧‧三相低壓交流電
MLVdc‧‧‧低壓直流電
31‧‧‧移相變壓器
32‧‧‧中壓交流開關櫃
33‧‧‧不可控整流電路

Claims (15)

  1. 一種直流供電裝置，包括：移相變壓器，接收一三相中壓交流電並輸出四路及四路以上三相低壓交流電；中壓交流開關櫃，接收一外供三相中壓交流電並將該外供三相中壓交流電輸出至該移相變壓器；不可控整流電路，接收該移相變壓器輸出之該三相低壓交流電並輸出低壓直流電；其中該不可控整流電路包括大於等於四的偶數個不可控整流電路子單元，每兩個該不可控整流電路子單元串聯且與其他串聯之該不可控整流電路子單元的輸出並聯。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之直流供電裝置，其中該移相變壓器輸出之該三相低壓交流電為偶數路。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之直流供電裝置，其中不可控整流電路子單元接收一路該三相低壓交流電。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之直流供電裝置，其中該不可控整流電路由該不可控整流電路子單元和濾波電路構成。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之直流供電裝置，其中該濾波電路包括非耦合電感。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之直流供電裝置，其中該濾波電路由電容和該非耦合電感組成。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之直流供電裝置，還包括：一低壓直流電開關櫃，接收該低壓直流電並分配輸出一供電低壓直流電。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之直流供電裝置，還包括： 第一階直流/直流轉換器，接收該供電低壓直流電並輸出一第一低壓直流電。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之直流供電裝置，其中該第一低壓直流電的電壓範圍為0伏至100伏。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之直流供電裝置，還包括：第二階直流/直流轉換器，接收該第一低壓直流電並輸出一第二低壓直流電至該負載。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之直流供電裝置，其中該第二低壓直流電的電壓範圍為0伏至5伏。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之直流供電裝置，還包括：一備用電池；一直流/直流轉換器，與該備用電池連接，並將該備用電池輸出的直流電轉換成另一低壓直流電並輸送至該低壓直流電開關櫃。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之直流供電裝置，還包括：一備用發電機；一升壓變壓器，與該備用發電機連接，並將該備用發電機提供的另一外供三相中壓交流電輸送至該中壓交流開關櫃。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之直流供電裝置，其中該三相中壓交流電的電壓範圍為1千伏至50千伏，該三相中壓交流電的頻率小於100赫茲。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之直流供電裝置，其中該三相低壓交流電的電壓範圍為100伏至800伏，該三相低壓交流電的頻率小於100赫茲。
TW104110348A 2014-11-18 2015-03-30 直流供電裝置 TWI572109B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410663336.6A CN105680706A (zh) 2014-11-18 2014-11-18 直流供电装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201620226A TW201620226A (zh) 2016-06-01
TWI572109B true TWI572109B (zh) 2017-02-21

Family

ID=55962597

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104110348A TWI572109B (zh) 2014-11-18 2015-03-30 直流供電裝置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20160141967A1 (zh)
CN (1) CN105680706A (zh)
TW (1) TWI572109B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106786488B (zh) * 2017-01-05 2019-03-19 中国核动力研究设计院 一种冗余且平均分担功率的直流棒电源装置
DE102017128573B3 (de) 2017-12-01 2019-01-31 Scienlab Beteiligungsgesellschaft Mbh Ladeanordnung für ein Elektrofahrzeug an einem Mittelspannungsnetz sowie Verfahren zu deren Betreiben
TWI665848B (zh) * 2017-12-08 2019-07-11 緯穎科技服務股份有限公司 電源供應系統及其控制方法
US10689999B2 (en) * 2018-02-22 2020-06-23 Ge Aviation Systems, Llc Power generation system
CN109104087B (zh) * 2018-11-08 2022-03-01 亚瑞源科技（深圳）有限公司 一种具有无桥式功率因数修正功能的直流对直流转换器
CN113346769A (zh) * 2021-06-01 2021-09-03 北京交通大学 混合式整流装置
CN116316525B (zh) * 2023-05-17 2023-09-01 上海百竹成航新能源有限责任公司 直流供电系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW242203B (zh) * 1991-04-22 1995-03-01 Mitsubishi Electric Machine
TW443024B (en) * 1996-05-29 2001-06-23 Asea Brown Boveri Rotating electrical machine plants
TW201306470A (zh) * 2011-07-21 2013-02-01 台達電子企業管理（上海）有限公司 一種ac-dc電源轉換器及其dc充電站
TW201315094A (zh) * 2011-09-27 2013-04-01 Delta Electronics Shanghai Co 不斷電電源系統
CN203883472U (zh) * 2014-06-17 2014-10-15 国家电网公司 一种具有新型滤波功能的船舶岸电装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5910689A (en) * 1997-04-28 1999-06-08 The Bodine Company, Inc. Generator standby ballast
NZ535390A (en) * 2004-09-16 2007-10-26 Auckland Uniservices Ltd Inductively powered mobile sensor system
US7564706B1 (en) * 2006-06-23 2009-07-21 Edward Herbert Power factor corrected single-phase AC-DC power converter using natural modulation
US20080165553A1 (en) * 2007-01-05 2008-07-10 Swamy Mahesh M Eighteen pulse rectification scheme for use with variable frequency drives
EP2321888A4 (en) * 2008-08-22 2017-03-15 DRS Power & Control Technologies, Inc. Multiple voltage generator and voltage regulation methodology for power dense integrated power systems
EP2293407A1 (en) * 2009-09-08 2011-03-09 Converteam Technology Ltd Power transmission and distribution systems
US8471520B2 (en) * 2010-05-04 2013-06-25 Xtreme Power Inc. Managing renewable power generation
EP2405134B1 (en) * 2010-07-06 2013-02-20 GE Energy Power Conversion Technology Limited Generator torque control method
US8680720B2 (en) * 2010-10-27 2014-03-25 Perfect Galaxy International Ltd. Automatic AC bus voltage regulation for power distribution grids
EP2523203B1 (en) * 2011-05-10 2019-07-03 ABB Schweiz AG Switching device and related switchgear
CN202455277U (zh) * 2012-01-30 2012-09-26 荣信电力电子股份有限公司 一种中低压船舶岸电电源
US20130258718A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Advanced Energy Industries, Inc. System, method, and apparatus for powering equipment during a low voltage event
EP2648202A1 (en) * 2012-04-05 2013-10-09 ABB Technology AG Circuit breaker
CN103427463A (zh) * 2012-05-17 2013-12-04 台达电子工业股份有限公司 充电系统
US20140152109A1 (en) * 2012-11-30 2014-06-05 General Electric Company Medium voltage uninterruptible power supply
EP2773032A1 (en) * 2013-03-01 2014-09-03 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Current source converter with gate turn off semiconductor elements and a special commutation mode
CN103248240A (zh) * 2013-04-11 2013-08-14 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 高压电泵试验电源系统
US9537428B2 (en) * 2014-01-14 2017-01-03 General Electric Company Combined power transmission and heating systems and method of operating the same
US9531247B2 (en) * 2014-04-04 2016-12-27 Raytheon Company Inertial energy storage system and hydro-fluoro-ether power transformer scheme for radar power systems and large PFN charging
CN104078910A (zh) * 2014-07-11 2014-10-01 国家电网公司 一种基于移相变压器的不可控24脉波整流直流融冰装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW242203B (zh) * 1991-04-22 1995-03-01 Mitsubishi Electric Machine
TW443024B (en) * 1996-05-29 2001-06-23 Asea Brown Boveri Rotating electrical machine plants
TW201306470A (zh) * 2011-07-21 2013-02-01 台達電子企業管理（上海）有限公司 一種ac-dc電源轉換器及其dc充電站
TW201315094A (zh) * 2011-09-27 2013-04-01 Delta Electronics Shanghai Co 不斷電電源系統
CN203883472U (zh) * 2014-06-17 2014-10-15 国家电网公司 一种具有新型滤波功能的船舶岸电装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20160141967A1 (en) 2016-05-19
TW201620226A (zh) 2016-06-01
CN105680706A (zh) 2016-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI572109B (zh) 直流供電裝置
US10491098B2 (en) Soft switching solid state transformers and converters
Zhang et al. Flyback-based single-stage power-factor-correction scheme with time-multiplexing control
Zhao et al. High performance coupled-inductor DC-DC converters
US6310785B1 (en) Zero voltage switching DC-DC converter
JP5783490B2 (ja) 複数供給オンボード電源を備えた電力インバータ
US6075716A (en) Two-stage, three phase boost converter with reduced total harmonic distortion
EP2424100A2 (en) Electric power converter
US20120120697A1 (en) Three-phase isolated rectifer with power factor correction
WO2014044089A1 (zh) 在线式不间断电源拓扑
JP5680764B2 (ja) 電力変換器
Swamy An electronically isolated 12-pulse autotransformer rectification scheme to improve input power factor and lower harmonic distortion in variable-frequency drives
EP2937979A1 (en) Single-pole switch power source
JP2010041910A (ja) 電源装置
US11296607B2 (en) DC-DC converter
CN106031012A (zh) 用于ac系统的转换器
WO2016115998A1 (zh) 一种数字化双激不间断开关电源
AU2012216637B1 (en) High efficient single stage PFC fly-back and forward power supply
Liu et al. A simple space vector modulation of high-frequency AC linked three-phase-to-single-phase/DC converter
US7710087B2 (en) Power converter and power converting method
US9768702B2 (en) Converter with power factor correction
US20220416671A1 (en) Power electronic transformer and power supply system
KR20100104665A (ko) 고주파 변압기를 이용한 전력 변환기 및 전력 변환 시스템
US6961250B2 (en) Non-isolated AC power supply device and method for controlling the same
Takahashi et al. Power decoupling method for isolated DC to single-phase AC converter using matrix converter