一种隔离降压型30脉冲变压整流器的制作方法

本发明涉及电能变换领域，特别涉及一种隔离降压型30脉冲变压整流器。

背景技术

针对航空供电系统输入三相115v/400hz，输入电流thd要求满足gjb181对输入电流谐波≤10％，输出低压隔离直流电源的需求，可采用以下两种现有技术方案：

有源功率因数校正+dc-dc变换电路，但该方案器件多、电路复杂、可靠性低、效率较低、成本高；

多脉冲整流+dc-dc变换电路，该技术按照输出电压脉冲数可以划分为12脉冲、18脉冲、24脉冲、30脉冲等，脉冲数越多，输入电流谐波含量越低，12脉冲、18脉冲的输入电流thd理论值分别为15％、10.11％，不满足国军标对输入电流thd的要求；24脉冲的输入电流thd可降至7.6％，但其输出端必须通过多组平衡电抗器进行均流，这就增加了系统的体积、重量；30脉冲整流器输入电流thd理论值为6.07％，但现有方案自耦30脉冲整流变压器无法实现输入输出电气隔离，且存在输出电压偏高难以调节的问题，需后级级联降压电路才能实现输出电压降压调节，电路复杂且效率、可靠性较低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种隔离降压型30脉冲变压整流器，以解决现有30脉冲变压整流器存在的至少一个问题。

本发明的技术方案是：

一种隔离降压型30脉冲变压整流器，包括30脉冲移相变压器和5组三相整流桥；

所述30脉冲移相变压器包括a相、b相以及c相，所述5组三相整流桥分别为主桥1、第一辅桥2、第二辅桥3、第三辅桥4、第四辅桥5；其中

所述a相包括1个初级绕组ao和9个次级绕组(a′a1,a2b′,ala3,a4bf,clc1,b2cf,cl′c3,b4cf′,al′bf′)；

所述b相包括1个初级绕组bo和9个次级绕组(b′b1,b2c′,blb3,b4cf,ala1,c2af,al′a3,c4af′,bl′cf′)；

所述c相包括1个初级绕组co和9个次级绕组(c′c1,c2a′,clc3,c4af,blb1,a2bf,bl′b3,a4bf′,cl′af′)；

a相输入电压源连接初级首端a，其末端与b、c两相初级末端连接；

a相次级绕组a′a1的首端a′与c相次级绕组c2a′末端a′相连，末端a′引出至主桥1；a相次级绕组clc1首端cl与c相次级绕组clc3首端cl相连，首端cl引出至第一辅桥2；a相次级绕组b2cf末端cf与b相次级绕组b4cf末端cf连接，末端cf端引出至第二辅桥3；a相次级绕组cl′c3首端cl′与c相次级绕组cl′af′首端cl′连接，首端cl′端引出至第三辅桥4；a相次级绕组a1′bf′末端bf′与c相次级绕组a4bf′末端bf′连接，末端bf′端引出至第四辅桥5；另外，所述b相和c相的绕组结构和连接方式与a相一致；

a相初级绕组ao匝数为np，次级绕组匝数为ns1，次级绕组a2b′匝数为ns1，次级绕组ala3匝数为ns2，次级绕组a4bf匝数为ns2，次级绕组clc1匝数为ns3，次级绕组b2cf匝数为ns3，次级绕组cl′c3匝数为ns4，次级绕组b4cf′匝数为ns4，次级绕组al′bf′匝数为ns5，各绕组之间匝比满足如下关系式：

其中，m为降压比；

另外，所述b相和c相的绕组的匝比关系与a相一致。

可选的，所述5组三相整流桥并联输出，直流输出电压值为其中va为输入电压。

发明效果：

本发明的隔离降压型30脉冲变压整流器，无需后级级联dc-dc降压电路，可实现宽范围的输出电压降压调节，为航空系统提供高效率、高可靠性、隔离低压直流电源；另外，本发明提供的隔离降压式30脉冲变压整流器网侧输入电流为30阶梯波，谐波含量低，满足gjb181对输入电流谐波的要求。

附图说明

图1本发明的隔离降压型30脉冲变压整流器电路图；

图2本发明的隔离降压型30脉冲变压整流器中移相变压器绕制图；

图3本发明的隔离降压型30脉冲变压整流器中移相变压器绕组结构图；

图4本发明的隔离降压型30脉冲变压整流器电压矢量图；

图5本发明的隔离降压型30脉冲变压整流器输入电流波形图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图1至图5对本发明的隔离降压型30脉冲变压整流器做进一步详细说明。

本发明提供了一种隔离降压型30脉冲变压整流器，包括30脉冲移相变压器(隔离降压型)和5组三相整流桥。

具体地，30脉冲移相变压器包括a相、b相以及c相(每一相的初级绕组与次级绕组相互隔离)。

5组三相整流桥分别为主桥1、第一辅桥2、第二辅桥3、第三辅桥4、第四辅桥5；其中

a相包括1个初级绕组ao和9个次级绕组(a′a1,a2b′,a1a3,a4bf,clc1,b2cf,cl′c3,b4cf′,al′bf′)；

所述b相包括1个初级绕组bo和9个次级绕组(b′b1,b2c′,blb3,b4cf,ala1,c2af,al′a3,c4af′,bl′cf′)；

所述c相包括1个初级绕组co和9个次级绕组(c′c1,c2a′,clc3,c4af,blb1,a2bf,bl′b3,a4bf′,cl′af′)；

a相输入电压源连接初级(即原边)首端a，其末端o与b、c两相初级末端(也是o)连接；

a相次级(即副边)绕组a′a1的首端a′与c相次级绕组c2a′末端a′相连，末端a′引出至主桥1；a相次级绕组clc1首端cl与c相次级绕组clc3首端cl相连，首端cl引出至第一辅桥2；a相次级绕组b2cf末端cf与b相次级绕组b4cf末端cf连接，末端cf端引出至第二辅桥3；a相次级绕组cl′c3首端cl′与c相次级绕组cl′af′首端cl′连接，首端cl′端引出至第三辅桥4；a相次级绕组al′bf′末端bf′与c相次级绕组a4bf′末端bf′连接，末端bf′端引出至第四辅桥5；另外，所述b相和c相的绕组结构和连接方式与a相一致；

隔离降压型30脉冲移相变压器初、次级隔离，通过对绕组结构及匝比合理设计实现对输入电压的降压调节及移相。移相变压器的初、次级绕组匝比满足一定的关系。

以a相为例，a相初级绕组ao匝数为np，次级绕组匝数为ns1，次级绕组a2b′匝数为ns1，次级绕组ala3匝数为ns2，次级绕组a4bf匝数为ns2，次级绕组clc1匝数为ns3，次级绕组b2cf匝数为ns3，次级绕组cl′c3匝数为ns4，次级绕组b4cf′匝数为ns4，次级绕组al′bf′匝数为ns5，各绕组之间匝比满足如下关系式：

其中，m为降压比；

另外，各绕组间有公共端但各绕组流过的电流不同。b相和c相的绕组的匝比关系与a相一致。

进一步，5组三相整流桥并联输出，直流输出电压值为其中va为输入电压。

在发明的一个优选实施例中，输入电压va＝115v，降压比m＝5.75，输出直流电压v0＝48v。从而各绕组之间匝比满足：

b相、c相绕组的匝比与a相一致。根据上述连接方式，该移相变压器共产生5组三相电压，其中主相电压(va′,vb′,vc′)相位滞后于输入电压30°，幅值为输入电压的0.174倍。

辅相电压(vaf,vbf,vcf)、(val,vbl,vcl)幅值为输入电压的0.146倍。辅相电压(vaf′,vbf′,vcf′)、(val′,vbl′,vcl′)幅值为输入电压的0.13倍。

引出端a′与a、b′与b、c′与c相位差均为30°，引出端al与a′、af与a′、bl与b′、bf与b′、cl与c′、cf与c′相位差均为20.4°，引出端al′与a′、af′与a′、bl′与b′、bf′与b′、cl′与c′、cf′与c′相位差均为45.9°。

隔离降压式30脉冲移相变压器产生的5组三相交流电压分别与相应的主整流桥和辅整流桥连接。该隔离降压式30脉冲移相变压器为非对称结构，所有的矢量电压经过整流桥并联输出，输出电压为任意时刻线电压最大值，各组电压矢量之和构成30个线电压，幅值相等，相位间隔12°，整流桥中二极管按照相应的线电压矢量切换次序导通，在一个交流周期内，主桥二极管各导通72°，辅桥二极管各导通12°。隔离降压式30脉冲变压整流器输出直流电压为v0＝48v。

综上所述，本发明的隔离降压型30脉冲变压整流器，与现有的有源功率因数校正+dc-dc变换电路以及多脉冲整流+dc-dc变换电路技术方案相比，本发明提供的隔离降压式30脉冲变压整流器，无需后级级联dc-dc降压电路，可实现宽范围的输出电压降压调节，为航空系统提供高效率、高可靠性、隔离低压直流电源。本发明提供的隔离降压式30脉冲变压整流器网侧输入电流为30阶梯波，谐波含量低，满足gjb181对输入电流谐波的要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。