大功率补偿型级联二极管h桥单位功率因数整流器的制造方法
【专利摘要】本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，包括由若干个模块单元级联组成的三相星接、角接或双星接的多种主功率电路，同时提供了较小容量的串联或并联或串并联补偿装置，可以很容易地实现单位功率因数整流。其优点在于：可以使用低耐压的功率开关管完成高电压下的大功率整流变换，无需使用庞大、笨重、接线复杂的工频移相变压器，简化了主功率电路的拓扑结构，大大减少了开关器件的使用，进而减少了电路工作中的损耗，提高了系统的工作效率，体积小，重量轻，成本低。同时使整流器在负载变化的情况下，始终保持功率因数为1。在高压直流传输、大功率电力电子变压器、大功率中高压交-直-交变频器等应用领域具有重要的应用价值。
【专利说明】大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及整流器，特别涉及大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器。
【背景技术】
[0002]随着科学技术与工业现代化的迅猛发展和对节约能源的要求，应用于大功率场合的中高压电力电子变流器起着越来越重要的作用。近年来，多电平功率变流器(MultilevelConverter)在高电压大功率变频调速、有源电力滤波装置、高压直流(HVDC)输电系统和电力系统无功补偿等领域已得到成功的应用。多电平变流器的基本电路拓扑结构主要有二极管箝位式、飞跨电容式、以及功率单元级联式3种电路。其中，功率单元级联式多电平变流器因其模块化设计、可靠性高、谐波污染小、输入输出功率范围宽等优点而成为市场主流。然而，传统的功率单元级联式多电平功率变流器存在的主要缺点是在功率输入端需要应用体积庞大接线复杂的工频变压器，这使其在许多工业场合的应用受到了限制。因而，取消传统功率单元级联式多电平变流器电路中的工频变压器，设计出无工频变压器的级联式多电平变流器电路，将会给此类多电平变流器带来革命性的变革。在这个方向上的研究是电力电子与电力传动领域研究人员近年来一直关注的热点，是电力电子【技术领域】当前的重要研究课题之一。
[0003]公示发明专利《大功率级联式二极管H桥单位功率因数整流器》(CN201310177775.1，CN103269171A)提出了一种将单相H桥二极管整流器+Boost电路作为基本单元级联构成高压大功率级联整流器的方案，这种方案应用一定的控制算法可以使每个模块输出电压在负载不相等时保持平衡，输入电流波形接近正弦，输入电流和输入电压相位保持一致，实现单位功率因数整流。但是由于该方案的输入电感位于二极管整流之后，整流过程中在某种工况下某个或某多个电感中的电流会经过开关管和对应二极管整流桥形成环流，使这些二极管整流桥交流侧电压为零，从而导致级联的其他模块中二极管整流桥承受全部的电源电压，这就失去了通过级联二极管降低二极管耐压值的意义。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是克服上述缺陷，提供第一种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，这种变流器将电感放到二极管整流桥的输入端，从而从根本上消除了电感中的电流经过开关管和对应二极管整流桥形成环流的可能，通过合适的控制方法，使级联各模块输出电压达到均衡，使输入电流接近正弦波形，并通过在整流器输入端增加较小容量的串联补偿，或并联补偿，或串并联补偿，使输入电压和输入电流保持同相位，实现单位功率因数整流。这种变流器无需使用工频移相变压器，工作效率高，体积小，重量轻，成本低，使用低耐压的功率开关管通过级联的方式完成高电压下的大功率整流变换。
[0005]为达到上述目的，本实用新型提供的一种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，包括主功率电路，所述主功率电路包括输入电感、单相二极管整流桥和N个第一模块单元，其中N为正整数，所述第一模块单元包括开关器件、快恢复二极管、输出直流电容和负载，N个所述第一模块单元中的开关器件的第二接线端与所级联的下一个所述第一模块单元中的开关器件的第一接线端依次相连，所述第一模块单元级联后所剩余两个自由端，即第一个第一模块单元中的开关器件的第一接线端与单相二极管整流桥的直流正输出端相连，第N个第一模块单元中的开关器件的第二接线端与单相二极管整流桥的直流负输出端相连，构成第二模块单元，所述主功率电路还包括单相串联补偿模块单元，所述单相串联补偿模块单元包括单相电力电子变流器、LC滤波器和变压器，其中，LC滤波器串联接在变压器的二次侧与单相电力电子变流器之间，所述变压器的一次侧与输入电感和第二模块单元串联接入交流电网。
[0006]本实用新型一种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其中所述单相串联补偿模块单元替换为单相并联补偿模块单元，所述单相并联补偿模块单元包括另一单相电力电子变流器、另一滤波电感和另一变压器，其中，另一滤波电感串联接在另一变压器的二次侧与单相电力电子变流器之间，所述另一变压器的一次侧与交流电网并联连接。
[0007]本实用新型一种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其中所述主功率电路还包括单相并联补偿模块单元和电容，所述单相并联补偿模块单元包括另一单相电力电子变流器、另一滤波电感和另一变压器，其中，另一滤波电感串联接在另一变压器的二次侧与单相电力电子变流器之间，所述电容并联接到所述单相电力电子变流器与所述另一单相电力电子变流器之间，所述另一变压器的一次侧与交流电网并联连接。
[0008]为达到上述目的，本实用新型提供的另一种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，包括主功率电路，所述主功率电路包括输入电感、单相二极管整流桥和若干个第一模块单元，其中N为正整数，所述第一模块单元包括开关器件、快恢复二极管、输出直流电容和负载，N个所述第一模块单元中的开关器件的第二接线端与所级联的下一个所述第一模块单元中的开关器件的第一接线端依次相连，所述第一模块单元级联后所剩余两个自由端，即第一个第一模块单元中的开关器件的第一接线端与单相二极管整流桥的直流正输出端相连，第N个第一模块单元中的开关器件的第二接线端与单相二极管整流桥的直流负输出端相连，构成所述第二模块单元…个所述第二模块单元中的各所述单相二极管整流桥的一个交流输入端与下一个所述单相二极管整流桥的另一个交流输入端依次相连，所述第二模块单元级联后剩余两个自由端，即第一个单相二极管整流桥的另一个交流输入端和第M个单相二极管整流桥的一个交流输入端，级联的所述第二模块单元构成第三模块单元，其中M为正整数，所述主功率电路还包括单相串联补偿模块单元，所述单相串联补偿模块单元包括单相电力电子变流器、LC滤波器和变压器，其中，LC滤波器串联接在变压器的二次侧与单相电力电子变流器之间，所述变压器的一次侧与输入电感和第三模块单元串联接入交流电网。
[0009]本实用新型另一种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其中所述单相串联补偿模块单元替换为单相并联补偿模块单元，所述单相并联补偿模块单元包括另一单相电力电子变流器、另一滤波电感和另一变压器，其中，另一滤波电感串联接在另一变压器的二次侧与单相电力电子变流器之间，所述另一变压器的一次侧与交流电网并联连接。
[0010]本实用新型另一种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其中所述主功率电路还包括单相并联补偿模块单元和电容，所述单相并联补偿模块单元包括另一单相电力电子变流器、另一滤波电感和另一变压器，其中，另一滤波电感串联接在另一变压器的二次侧与单相电力电子变流器之间，所述电容并联接到所述单相电力电子变流器与所述另一单相电力电子变流器之间，所述另一变压器的一次侧与交流电网并联连接。
[0011]为达到上述目的，本实用新型提供的第三种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器,包括三相主功率电路,所述三相主功率电路包括3个输入电感和由若干个第一模块单元分别构成的3个第三模块单元，3个输入电感和3个第三模块单元构成星形连接，其中，所述第一模块单元包括开关器件、快恢复二极管、输出直流电容和负载，各所述第一模块单元中的开关器件的第二接线端与所级联的下一个所述第一模块单元中的开关器件的第一接线端依次相连，所述第一模块单元级联后所剩余两个自由端，即第一个第一模块单元中的开关器件的第一接线端与单相二极管整流桥的直流正输出端相连，第N个第一模块单元中的开关器件的第二接线端与单相二极管整流桥的直流负输出端相连，构成所述第二模块单元;M个所述第二模块单元中的各所述单相二极管整流桥的一个交流输入端与下一个所述单相二极管整流桥的另一个交流输入端依次相连，所述第二模块单元级联后剩余两个自由端，即第一个单相二极管整流桥的另一个交流输入端和第M个单相二极管整流桥的一个交流输入端，级联的所述第二模块单元构成第三模块单元，其中M为正整数；所述三相主功率电路还包括三相串联补偿模块单元，所述三相串联补偿模块单元包括三相电力电子变流器、3个LC滤波器和3个变压器，其中，各LC滤波器分别串联接在每个变压器的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述变压器的一次侧分别与I个输入电感串联接入三相交流电网的每一相中。
[0012]本实用新型第三种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其中所述3个输入电感和3个第三模块单元替换构成角形连接。
[0013]本实用新型第三种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其中所述三相主功率电路替换包括3个输入电感、6个桥臂电感、6个第三模块单元和直流电容，所述3个输入电感、6个桥臂电感、6个第三模块单元和直流电容构成双星形连接。
[0014]本实用新型第三种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其中所述三相串联补偿模块单元替换为三相并联补偿模块单元，所述三相并联补偿模块单元包括另一三相电力电子变流器、3个滤波电感和另外3个变压器，其中，各滤波电感分别串联接在每个变压器的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述另外变压器一次侧的一个同名端相互连接，各所述另外变压器一次侧的另一个同名端分别与三相交流电网的每一相相互连接。
[0015]本实用新型第三种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其中所述三相串联补偿模块单元替换为三相并联补偿模块单元，所述三相并联补偿模块单元包括另一三相电力电子变流器、3个滤波电感和另外3个变压器，其中，各滤波电感分别串联接在每个变压器的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述另外变压器一次侧的一个同名端相互连接，各所述另外变压器一次侧的另一个同名端分别与三相交流电网的每一相相互连接。
[0016]本实用新型第三种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其中所述三相串联补偿模块单元替换为三相并联补偿模块单元，所述三相并联补偿模块单元包括另一三相电力电子变流器、3个滤波电感和另外3个变压器，其中，各滤波电感分别串联接在每个变压器的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述另外变压器一次侧的一个同名端相互连接，各所述另外变压器一次侧的另一个同名端分别与三相交流电网的每一相相互连接。
[0017]本实用新型第三种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其中所述三相主功率电路还包括三相并联补偿模块单元和电容，所述三相并联补偿模块单元包括另一三相电力电子变流器、3个滤波电感和另外3个变压器，其中，各滤波电感分别串联接在每个变压器的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述另外变压器一次侧的一个同名端相互连接，各所述另外变压器一次侧的另一个同名端分别与三相交流电网的每一相相互连接，所述电容并联接到所述三相电力电子变流器与所述另一三相电力电子变流器之间。
[0018]本实用新型第三种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其中所述三相主功率电路还包括三相并联补偿模块单元和电容，所述三相并联补偿模块单元包括另一三相电力电子变流器、3个滤波电感和另外3个变压器，其中，各滤波电感分别串联接在每个变压器的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述另外变压器一次侧的一个同名端相互连接，各所述另外变压器一次侧的另一个同名端分别与三相交流电网的每一相相互连接，所述电容并联接到所述三相电力电子变流器与所述另一三相电力电子变流器之间。
[0019]本实用新型第三种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其中所述三相主功率电路还包括三相并联补偿模块单元和电容，所述三相并联补偿模块单元包括另一三相电力电子变流器、3个滤波电感和另外3个变压器，其中，各滤波电感分别串联接在每个变压器的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述另外变压器一次侧的一个同名端相互连接，各所述另外变压器一次侧的另一个同名端分别与三相交流电网的每一相相互连接，所述电容并联接到所述三相电力电子变流器与所述另一三相电力电子变流器之间。
[0020]本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的优点和积极效果在于:由于采用了若干个模块单元级联组成，故可以使用低耐压的功率开关管完成高电压下的大功率整流变换，且不需要使用庞大，笨重，接线复杂的工频移相变压器，简化了主功率电路的拓扑结构，大大减少了有源开关器件的使用，进而减少了电路工作中的损耗，提高了系统的工作效率，并且通过采用较小容量的串并联补偿单元，解决了此种整流器功率因数随负载加重而降低的问题。此种整流器体积小，重量轻，成本低，功率因数高，谐波小。这种变流器在高压直流传输、大功率电力电子变压器，大功率中高压交-直-交变频器等应用领域具有重要的应用价值。
[0021]下面将结合实施例参照附图进行详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第一模块单元的电路图；
[0023]图2是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中单相串联补偿单元的电路图；
[0024]图3是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中单相并联补偿单元的电路图；
[0025]图4是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第一实施例的电路拓扑结构图；
[0026]图5是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第二实施例的电路拓扑结构图；
[0027]图6是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第三实施例的电路拓扑结构图；
[0028]图7是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第二模块单元的电路图；
[0029]图8是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第四实施例的电路拓扑结构图；
[0030]图9是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第五实施例的电路拓扑结构图；
[0031]图10是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第六实施例的电路拓扑结构图；
[0032]图11是本实用新型大功率级联式二极管H桥单位功率因数整流器中第三模块单元的电路图；
[0033]图12是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中三相串联补偿单元的电路图；
[0034]图13是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中三相并联补偿单元的电路图；
[0035]图14是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第七实施例的电路拓扑结构图；
[0036]图15是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第八实施例的电路拓扑结构图；
[0037]图16是本实用新型补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第九实施例的电路拓扑结构图；
[0038]图17是本实用新型补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第十实施例的电路拓扑结构图；
[0039]图18是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第十一实施例的电路拓扑结构图；
[0040]图19是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第十二实施例的电路拓扑结构图；
[0041]图20是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第十三实施例的电路拓扑结构图；
[0042]图21是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第十四实施例的电路拓扑结构图；
[0043]图22是本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器中第十五实施例的电路拓扑结构图。
【具体实施方式】
[0044]考虑到二极管的电压额定值不可能非常高，当用于更高电压场合时，就仍需要采用二极管整流桥级联的方式。为此，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的实施例中，级联二极管H桥单位功率因数整流器是由若干个模块单元级联而组成一个整体的电路拓扑。
[0045]参照图1、图2和图4，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的第一实施例中，主功率电路包括单相串联补偿模块单元、输入电感L、单相二极管整流桥和N个第一模块单元A，其中N为正整数。
[0046]第一模块单元A包括开关器件、快恢复二极管、输出直流电容和负载。N个第一模块单元A中的开关器件的第二接线端d与所级联的下一个第一模块单元A中的开关器件的第一接线端c依次相连，第一模块单元A级联后所剩余两个自由端，即第一个第一模块单元A中的开关器件的第一接线端c与单相二极管整流桥的直流正输出端相连，第N个第一模块单元A中的开关器件的第二接线端d与单相二极管整流桥的直流负输出端相连，构成第二模块单元B。
[0047]单相串联补偿模块单元包括单相电力电子变流器、LC滤波器LlCl和变压器Tl。其中，LC滤波器LlCl串联接在变压器Tl的二次侧与单相电力电子变流器之间，变压器Tl的一次侧与输入电感L和第二模块单元B串联接入交流电网。
[0048]参照图1、图3和图5，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的第二实施例中，实施例一中的单相串联补偿模块单元替换为单相并联补偿模块单元。单相并联补偿模块单元包括另一单相电力电子变流器、另一滤波电感L2和另一变压器T2，其中，另一滤波电感L2串联接在另一变压器T2的二次侧与单相电力电子变流器之间，另一变压器T2的一次侧与交流电网并联连接。
[0049]参照图1、图2、图3和图6，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的第三实施例中，实施例一中的主功率电路还包括单相并联补偿模块单元和电容C2。电容C2并联接到单相电力电子变流器与另一单相电力电子变流器之间。单相并联补偿模块单元中的另一变压器T2的一次侧与交流电网并联连接。
[0050]参照图2、图7和图8，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的第四实施例中，主功率电路包括单相串联补偿模块单元、输入电感L、单相二极管整流桥和若干个第一模块单元A，其中N为正整数。
[0051]N个第一模块单元A级联构成所述第二模块单元B。M个第二模块单元B中的各单相二极管整流桥的一个交流输入端b与下一个单相二极管整流桥的另一个交流输入端a依次相连，第二模块单元B级联后剩余两个自由端，即第一个单相二极管整流桥的另一个交流输入端a和第M个单相二极管整流桥的一个交流输入端b，级联的第二模块单元B构成第三模块单元C，其中M为正整数。
[0052]单相串联补偿模块单元中的变压器Tl的一次侧与输入电感L和第三模块单元C串联接入交流电网。
[0053]参照图3、图7和图9，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的第五实施例中，实施例四中的单相串联补偿模块单元替换为单相并联补偿模块单元，单相并联补偿模块单元中的另一变压器T2的一次侧与交流电网并联连接。
[0054]参照图2、图3、图7和图10，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的第六实施例中，实施例四中的主功率电路还包括单相并联补偿模块单元和电容C2。电容C2并联接到单相电力电子变流器与另一单相电力电子变流器之间。单相并联补偿模块单元中的另一变压器T2的一次侧与交流电网并联连接。
[0055]参照图11、图12和图14，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的第七实施例中，包括三相主功率电路，三相主功率电路包括三相串联补偿模块单元、3个输入电感LlOl - L103和由若干个第一模块单元A分别构成的3个第三模块单元C，3个输入电感LlOl - L103和3个第三模块单元C构成星形连接。
[0056]其中，第一模块单元A包括开关器件、快恢复二极管、输出直流电容和负载。N个第一模块单元A中的开关器件的第二接线端d与所级联的下一个第一模块单元A中的开关器件的第一接线端c依次相连，第一模块单元A级联后所剩余两个自由端，即第一个第一模块单元A中的开关器件的第一接线端c与单相二极管整流桥的直流正输出端相连，第N个第一模块单元A中的开关器件的第二接线端d与单相二极管整流桥的直流负输出端相连，构成第二模块单元B。
[0057]M个第二模块单元B中的各单相二极管整流桥的一个交流输入端b与下一个单相二极管整流桥的另一个交流输入端a依次相连，第二模块单元B级联后剩余两个自由端，即第一个单相二极管整流桥的另一个交流输入端a和第M个单相二极管整流桥的一个交流输入端b，级联的第二模块单元B构成第三模块单元C，其中M为正整数。
[0058]三相串联补偿模块单元包括三相电力电子变流器、3个LC滤波器LllCll 一L13C13和3个变压器Tll 一 T13。其中，各LC滤波器LllCll 一 L13C13分别串联接在每个变压器Tll或T12或T13的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述变压器Tll 一 T13的一次侧分别与I个输入电感LlOl或L102或L103串联接入三相交流电网的每一相中。
[0059]参照图11、图12和图15，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的第八实施例中，实施例七中的3个输入电感LlOl - L103和3个第三模块单元C替换构成角形连接。
[0060]参照图11、图12和图16，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的第九实施例中，实施例七中的三相主功率电路替换包括3个输入电感LlOl -L103、6个桥臂电感L104 — L109、6个第三模块单元C和直流电容C101，3个输入电感LlOl - L103、6个桥臂电感L104 — L109、6个第三模块单元C和直流电容ClOl构成双星形连接。
[0061]参照图11、图13和图17，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的第十实施例中，实施例七中的三相串联补偿模块单元替换为三相并联补偿模块单元。
[0062]三相并联补偿模块单元包括另一三相电力电子变流器、3个滤波电感L21 - L23和另外3个变压器T21 — T23，其中，各滤波电感L21 — L23分别串联接在每个变压器T21 —T23的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述另外变压器T21 — T23—次侧的一个同名端相互连接，各所述另外变压器T21 - T23—次侧的另一个同名端分别与三相交流电网的每一相相互连接。
[0063]参照图11、图13和图18，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的第十一实施例中，实施例八中的三相串联补偿模块单元替换为三相并联补偿模块单元。
[0064]参照图11、图13和图19，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的第十二实施例中，实施例九中的三相串联补偿模块单元替换为三相并联补偿模块单元。
[0065]参照图11、图12、图13和图20，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的第十三实施例中，实施例七中的三相主功率电路还包括三相并联补偿模块单元和电容C30。电容C30并联接到三相电力电子变流器与另一三相电力电子变流器之间。
[0066]参照图11、图12、图13和图21，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的第十四实施例中，实施例八中的三相主功率电路还包括三相并联补偿模块单元和电容C30。电容C30并联接到三相电力电子变流器与另一三相电力电子变流器之间。
[0067]参照图11、图12、图13和图22，在本实用新型大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器的第十五实施例中，实施例九中的三相主功率电路还包括三相并联补偿模块单元和电容C30。电容C30并联接到三相电力电子变流器与另一三相电力电子变流器之间。
[0068]本实用新型提出的新的二极管H桥级联整流器电路拓扑与公示发明专利《大功率级联式二极管H桥单位功率因数整流器》的不同点在于:本实用新型专利将电感放到二极管整流桥的输入端，这样就从根本上消除了电感中的电流经过开关管和对应二极管整流桥形成环流的可能。通过合适的控制方法，使级联各模块输出电压达到均衡，同时使输入电流接近正弦波形。由于这种电路本质上使得输入电压与电流会有一个随负载而变化的相位差，还无法实现单位功率因数整流。为此，本实用新型在整流器输入端增加较小容量的串联补偿，或并联补偿，或串并联补偿，这样就可以很容易地实现单位功率因数整流，其电路拓扑电路结构简单，成本低，容易实现，在能量单方向传输的工业场合中具有重要的应用价值和良好的应用前景。
[0069]上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计方案前提下，本领域中工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
【权利要求】
1.一种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，包括主功率电路，所述主功率电路包括输入电感(L)、单相二极管整流桥和N个第一模块单元(A)，其中N为正整数，所述第一模块单元(A)包括开关器件、快恢复二极管、输出直流电容和负载，N个所述第一模块单元(A)中的开关器件的第二接线端(d)与所级联的下一个所述第一模块单元(A)中的开关器件的第一接线端(c)依次相连，所述第一模块单元(A)级联后所剩余两个自由端，即第一个第一模块单元(A)中的开关器件的第一接线端(c)与单相二极管整流桥的直流正输出端相连，第N个第一模块单元(A)中的开关器件的第二接线端(d)与单相二极管整流桥的直流负输出端相连，构成第二模块单元(B)，其特征在于:所述主功率电路还包括单相串联补偿模块单元，所述单相串联补偿模块单元包括单相电力电子变流器、LC滤波器(L1、Cl)和变压器(Tl)，其中，LC滤波器(L1、C1)串联接在变压器(Tl)的二次侧与单相电力电子变流器之间，所述变压器(Tl)的一次侧与输入电感(L)和第二模块单元(B)串联接入交流电网。
2.根据权利要求1所述的大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其特征在于:其中所述单相串联补偿模块单元替换为单相并联补偿模块单元，所述单相并联补偿模块单元包括另一单相电力电子变流器、另一滤波电感(L2)和另一变压器(T2)，其中，另一滤波电感(L2)串联接在另一变压器(T2)的二次侧与单相电力电子变流器之间，所述另一变压器(T2)的一次侧与交流电网并联连接。
3.根据权利要求1所述的大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其特征在于:其中所述主功率电路还包括单相并联补偿模块单元和电容(C2)，所述单相并联补偿模块单元包括另一单相电力电子变流器、另一滤波电感(L2)和另一变压器(T2)，其中，另一滤波电感(L2)串联接在另一变压器(T2)的二次侧与单相电力电子变流器之间，所述电容(C2)并联接到所述单相电力电子变流器与所述另一单相电力电子变流器之间，所述另一变压器(T2)的一次侧与交流电网并联连接。
4.一种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，包括主功率电路，所述主功率电路包括输入电感(L)、单相二极管整流桥和若干个第一模块单元(A)，其中N为正整数，所述第一模块单元(A)包括开关器件、快恢复二极管、输出直流电容和负载，N个所述第一模块单元(A)中的开关器件的第二接线端(d)与所级联的下一个所述第一模块单元(A)中的开关器件的第一接线端(c)依次相连，所述第一模块单元(A)级联后所剩余两个自由端，即第一个第一模块单元(A)中的开关器件的第一接线端(c)与单相二极管整流桥的直流正输出端相连，第N个第一模块单元(A)中的开关器件的第二接线端(d)与单相二极管整流桥的直流负输出端相连，构成所述第二模块单元(B) ;M个所述第二模块单元(B)中的各所述单相二极管整流桥的一个交流输入端(b)与下一个所述单相二极管整流桥的另一个交流输入端(a)依次相连，所述第二模块单元(B)级联后剩余两个自由端，即第一个单相二极管整流桥的另一个交流输入端(a)和第M个单相二极管整流桥的一个交流输入端(b)，级联的所述第二模块单元(B)构成第三模块单元(C)，其中M为正整数，其特征在于:所述主功率电路还包括单相串联补偿模块单元，所述单相串联补偿模块单元包括单相电力电子变流器、LC滤波器(L1、C1)和变压器(Tl)，其中，LC滤波器(L1、C1)串联接在变压器(Tl)的二次侧与单相电力电子变流器之间，所述变压器(Tl)的一次侧与输入电感(L)和第三模块单元(C)串联接入交流电网。
5.根据权利要求4所述的大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其特征在于:其中所述单相串联补偿模块单元替换为单相并联补偿模块单元，所述单相并联补偿模块单元包括另一单相电力电子变流器、另一滤波电感(L2)和另一变压器(T2)，其中，另一滤波电感(L2)串联接在另一变压器(T2)的二次侧与单相电力电子变流器之间，所述另一变压器(T2)的一次侧与交流电网并联连接。
6.根据权利要求4所述的大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其特征在于:其中所述主功率电路还包括单相并联补偿模块单元和电容(C2)，所述单相并联补偿模块单元包括另一单相电力电子变流器、另一滤波电感(L2)和另一变压器(T2)，其中，另一滤波电感(L2)串联接在另一变压器(T2)的二次侧与单相电力电子变流器之间，所述电容(C2)并联接到所述单相电力电子变流器与所述另一单相电力电子变流器之间，所述另一变压器(T2)的一次侧与交流电网并联连接。
7.一种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，包括三相主功率电路，所述三相主功率电路包括3个输入电感和由若干个第一模块单元(A)分别构成的3个第三模块单元(C)，3个输入电感(LlO 1- L103)和3个第三模块单元(C)构成星形连接，其中，所述第一模块单元(A)包括开关器件、快恢复二极管、输出直流电容和负载，各所述第一模块单元(A)中的开关器件的第二接线端(d)与所级联的下一个所述第一模块单元(A)中的开关器件的第一接线端(c)依次相连，所述第一模块单元(A)级联后所剩余两个自由端，即第一个第一模块单元(A)中的开关器件的第一接线端与单相二极管整流桥的直流正输出端相连，第N个第一模块单元(A)中的开关器件的第二接线端与单相二极管整流桥的直流负输出端相连，构成所述第二模块单元(B) ;M个所述第二模块单元(B)中的各所述单相二极管整流桥的一个交流输入端(b)与下一个所述单相二极管整流桥的另一个交流输入端(a)依次相连，所述第二模块单元(B)级联后剩余两个自由端，即第一个单相二极管整流桥的另一个交流输入端(a)和第M个单相二极管整流桥的一个交流输入端(b)，级联的所述第二模块单元(B)构成第三模块单元(C)，其中M为正整数，其特征在于:所述三相主功率电路还包括三相串联补偿模块单元，所述三相串联补偿模块单元包括三相电力电子变流器、3个LC滤波器(L11C11 - L13C13)和3个变压器(Tll 一 T13)，其中，各LC滤波器(L11C11 一L13C13)分别串联接在每个变压器(Tll或T12或T13)的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述变压器(Tll 一 T13)的一次侧分别与I个输入电感(L101或L102或L103)串联接入三相交流电网的每一相中。
8.根据权利要求7所述的大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其特征在于:其中所述3个输入电感(L101 — L103)和3个第三模块单元(C)替换构成角形连接。
9.根据权利要求7所述的大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其特征在于:其中所述三相主功率电路替换包括3个输入电感(L101 - L103)、6个桥臂电感(L104 - L109)、6个第三模块单元(C)和直流电容(C30)，所述3个输入电感(L101 —L103)、6个桥臂电感(L104 — L109)、6个第三模块单元(C)和直流电容(C30)构成双星形连接。
10.根据权利要求7所述的大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其特征在于:其中所述三相串联补偿模块单元替换为三相并联补偿模块单元，所述三相并联补偿模块单元包括另一三相电力电子变流器、3个滤波电感(L21 - L23)和另外3个变压器(T21 - T23)，其中，各滤波电感(L21 — L23)分别串联接在每个另外变压器(T21 — T23)的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述另外变压器(T21 — T23) —次侧的一个同名端相互连接，各所述另外变压器(T21 - T23) 一次侧的另一个同名端分别与三相交流电网的每一相相互连接。
11.根据权利要求8所述的大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其特征在于:其中所述三相串联补偿模块单元替换为三相并联补偿模块单元，所述三相并联补偿模块单元包括另一三相电力电子变流器、3个滤波电感(L21 - L23)和另外3个变压器(T21 - T23)，其中，各滤波电感(L21 — L23)分别串联接在每个另外变压器(T21 — T23)的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述另外变压器(T21 — T23) —次侧的一个同名端相互连接，各所述另外变压器(T21 - T23) 一次侧的另一个同名端分别与三相交流电网的每一相相互连接。
12.根据权利要求9所述的大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其特征在于:其中所述三相串联补偿模块单元替换为三相并联补偿模块单元，所述三相并联补偿模块单元包括另一三相电力电子变流器、3个滤波电感(L21 - L23)和另外3个变压器(T21 - T23)，其中，各滤波电感(L21 — L23)分别串联接在每个另外变压器(T21 — T23)的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述另外变压器(T21 — T23) —次侧的一个同名端相互连接，各所述另外变压器(T21 — T23) —次侧的另一个同名端分别与三相交流电网的每一相相互连接。
13.根据权利要求7所述的大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其特征在于:其中所述三相主功率电路还包括三相并联补偿模块单元和电容(C30)，所述三相并联补偿模块单元包括另一三相电力电子变流器、3个滤波电感(L21 — L23)和另外3个变压器(T21 - T23)，其中，各滤波电感(L21 — L23)分别串联接在每个另外变压器(T21 —T23)的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述另外变压器(T21 - T23) 一次侧的一个同名端相互连接，各所述另外变压器(T21 - T23) 一次侧的另一个同名端分别与三相交流电网的每一相相互连接，所述电容(C30)并联接到所述三相电力电子变流器与所述另一三相电力电子变流器之间。
14.根据权利要求8所述的大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其特征在于:其中所述三相主功率电路还包括三相并联补偿模块单元和电容(C30)，所述三相并联补偿模块单元包括另一三相电力电子变流器、3个滤波电感(L21 — L23)和另外3个变压器(T21 - T23)，其中，各滤波电感(L21 — L23)分别串联接在每个另外变压器(T21 —T23)的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述另外变压器(T21 — T23) —次侧的一个同名端相互连接，各所述另外变压器(T21 — T23) —次侧的另一个同名端分别与三相交流电网的每一相相互连接，所述电容(C30)并联接到所述三相电力电子变流器与所述另一三相电力电子变流器之间。
15.根据权利要求9所述的大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其特征在于:其中所述三相主功率电路还包括三相并联补偿模块单元和电容(C30)，所述三相并联补偿模块单元包括另一三相电力电子变流器、3个滤波电感(L21 — L23)和另外3个变压器(T21 - T23)，其中，各滤波电感(L21 — L23)分别串联接在每个另外变压器(T21 —T23)的二次侧与三相电力电子变流器之间，各所述另外变压器(T21 — T23) —次侧的一个同名端相互连接，各所述另外变压器(T21 — T23) —次侧的另一个同名端分别与三相交流电网的每一相相互连接，所述电容(C30)并联接到所述三相电力电子变流器与所述另一三相电力电子变流器之间。
【文档编号】H02M1/42GK203951375SQ201420111909
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】王聪, 程红, 王畅, 蒋向北, 焦健, 卢其威, 邹甲 申请人:中国矿业大学(北京)