专利名称：一种非隔离对称型自耦式18脉波整流电源系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电源技术领域，特别涉及到大功率工频整流电源技术领域，具体是指无平衡电抗器的非隔离对称型自耦式18脉波整流电源系统。
背景技术：
全球工业化信息化经济建设对AC-DC整流电源的需求非常巨大。在中大功率领域，工频AC-DC整流电源具有对供电环境适应能力强、可靠性高、抗冲击负载能力强等优点，在各行业领域得到广泛应用。但工频AC-DC整流电源的网侧电流谐波大，对电网产生非常严重的污染，目前大功率工频AC-DC整流需要配置电网补偿等相关装置才能满足电网使用要求。为解决传统大功率工频AC-DC整流器的输入侧整流导致的电力谐波污染问题，大 功率系统一般采用基于“Λ /Y和Λ / Λ型”全隔离型移相变压器，和外加平衡电抗器结构。用移相30°的两个传统6脉波相控整流的并联来实现12脉波整流技术，抑制由三相六脉波整流产生的5、7次谐波。该种方式存在隔离移相变压器体积大、笨重和成本高的问题，而且不便于功率更大的AC-DC整流系统功率单元的扩展。
发明内容本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，提供一种供电适应能力强、可靠性高、抗冲击负载能力强、结构紧凑的非隔离对称型自耦式18脉波整流电源系统。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种非隔离对称型自耦式18脉波整流电源系统，其包括移相自耦变压器、三路输出装置、时序控制器和电源输出端；所述移相自耦变压器设有三组输出端和一组输入端Α、B和C，三组输出端分别为超前组输出端Al、BI和Cl、原始组输出端AO、BO和CO以及滞后组输出端Α2、Β2和C2 ;三路输出装置分别为超前组输出装置、原始组输出装置和滞后组输出装置；所述超前组输出装置包括依次连接的超前组零序抑制换向电感、超前组三相不控整流桥和超前组双向开关BUCK降压变换器；所述原始组输出装置包括依次连接的原始组零序抑制换向电感、原始组三相不控整流桥和原始组双向开关BUCK降压变换器；所述滞后组输出装置包括依次连接的滞后组零序抑制换向电感、滞后组三相不控整流桥和滞后组双向开关BUCK降压变换器；所述时序控制器设有三组控制端，三组控制端分别与超前组双向开关BUCK降压变换器的控制端、原始组双向开关BUCK降压变换器的控制端和滞后组双向开关BUCK降压变换器的控制端连接；所述超前组双向开关BUCK降压变换器的输出端、原始组双向开关BUCK降压变换器的输出端和滞后组双向开关BUCK降压变换器的输出端均与电源输出端连接。进一步地，所述非隔离对称型自耦式18脉波整流电源系统，还包括储能装置，所述储能装置包括蓄电池组，蓄电池组的正负极两端分别相应的与超前组双向开关BUCK降压变换器的两个输出端、原始组双向开关BUCK降压变换器的两个输出端以及滞后组双向开关BUCK降压变换器的两个输出端连接。进一步地，所述超前组输出装置还包括超前组整流滤波电容，超前组整流滤波电容连接于超前组三相不控整流桥和超前组双向开关BUCK降压变换器之间；所述原始组输出装置还包括原始组整流滤波电容，原始组整流滤波电容连接于原始组三相不控整流桥和原始组双向开关BUCK降压变换器之间；所述滞后组输出装置还包括滞后组整流滤波电容，滞后组整流滤波电容连接于滞后组三相不控整流桥和滞后组双向开关BUCK降压变换器之间。进一步地，所述超前组双向开关BUCK降压变换器的电路、原始组双向开关BUCK降压变换器的电路和滞后组双向开关BUCK降压变换器的电路均为结构相同的双向开关BUCK变换电路，且其输出并联在一起；所述双向开关BUCK变换电路包括双向全控开关和滤波续流电路；所述双向全控开关设有控制端；双向全控开关设有两个输出端且分别与滤波续流电路的两个输入端连接；双向全控开关设有两个输入端且分别为正极输入端和负极输入端；所述双向全控开关由两路相同结构的开关电路组成；每路开关电路包括两个绝缘栅双极型晶体管和两个二极管；所述两个绝缘栅双极型晶体管的栅极均与双向全控开关的控制 端连接，且该两个绝缘栅双极型晶体管的发射极相连且与上述两个二极管的阳极相连，上述两个二极管的阴极分别与该两个绝缘栅双极型晶体管的集电极相连；每路开关电路的两个二极管的阴极还分别与双向全控开关的一个输入端连接和一个输出端连接；所述滤波续流电路包括一个二极管、两个电感和一个电容；滤波续流电路的二极管的阳极和阴极分别与双向全控开关的负极输出端和正极输出端连接，其中一个电感的两端分别与双向全控开关的负极输出端和电容的负极连接，另一个电感的两端分别与双向全控开关的正极输出端和电容的正极连接；电容的正极和负极分别与滤波续流电路的两个输出端连接。进一步的，所述滤波续流电路还包括辅助电路，辅助电路设置于电容与滤波续流电路的输出端之间；所述辅助电路包括两个辅助电感和一个辅助电容；其中一个辅助电感的两端分别与所述电容的正极和辅助电容的正极连接，另一个辅助电感的两端分别与所述电容的负极和辅助电容的负极连接；辅助电容的正极和负极分别与滤波续流电路的两个输出端连接。上述每路的双向全控开关的控制端分别与超前组双向开关BUCK降压变换器的控制端、原始组双向开关BUCK降压变换器的控制端以及滞后组双向开关BUCK降压变换器的控制端相对应；每路的双向全控开关的输入端分别与超前组双向开关BUCK降压变换器的输入端、原始组双向开关BUCK降压变换器的输入端以及滞后组双向开关BUCK降压变换器的输入端相对应；每路的滤波续流电路的输出端分别与超前组双向开关BUCK降压变换器的输出端、原始组双向开关BUCK降压变换器的输出端以及滞后组双向开关BUCK降压变换器的输出端相对应。通过上述技术，本实用新型具有以下优点I.市电正常情况下，自耦移相变压器将输入三相交流电源移相为三组相位对应依次互差20°的对称三相交流电源；该三组三相交流电源依次通过超前组输出端、原始组输出端和滞后组输出端对外输出，三组20°移相的对称三相交流电源分别经过各路的三相不控整流桥整流后，输出三路独立6脉波电压分别供给后级各自的通道；三路输出装置各不相互影响，独立向外输出，冗余度高，提高系统的稳定性。[0014]2.双向开关BUCK降压变换器与时序控制器结合，时序控制器分时控制各路的双向开关BUCK降压变换器的功率输出，使得每路的功率输出无间隔的组合通过电源输出端对外输出。传统的工频平衡电抗器体积大、成本高，经济效益低下。本实用新型在去掉工频平衡电抗器后，用特别设计的具有双向开关BUCK降压变换器，使各整流输出的直流通道实现输出功率合成。各组BUCK变换器进行分时控制，同一时刻只有一个整流直流通道向输出传送功率。3.多输入通道双向开关BUCK降压变换器的输出并联拓扑和分时控制策略。该拓扑思路和控制策略可以概括为“多选一”。双向开关为双向全通断控制，保证断开通道的隔离。各通道的双向开关BUCK降压变换器分时开通，同一时间只有一个双向开关BUCK降压变换器处于导通状态，从而等效实现多通道多端口输入到单端口输出的目的。4.该系统拓扑结构在极大降低移相变压器容量情况下实现了 “18脉波整流”，有效抑制了 AC-DC整流器的网侧输入电流谐波的5、7、11、13次谐波，并有效减小了 17、19次谐波含量。同时便于宽范围、中大功率AC-DC整流电源的功率单元扩展和模块化设计。5.本实用新型为研发制造更大功率等级工频AC-DC整流电源产品提供一个新的平台技术。
图I本实用新型的组成框图。图2本实用新型的移相自耦变压器的绕组结构示意图。图3本实用新型的双向开关BUCK降压变换器的电路原理图。附图标记为I——移相自耦变压器2——超前组零序抑制换向电感3 原始组零序抑制换向电感4 滞后组零序抑制换向电感5-超前组三相不控整流桥6-原始组三相不控整流桥7—滞后组三相不控整流桥8—超前组整流滤波电容9——原始组整流滤波电容 10——滞后组整流滤波电容11——超前组双向开关BUCK降压变换器12——原始组双向开关BUCK降压变换器13—滞后组双向开关BUCK降压变换器14——时序控制器15——蓄电池组。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型做进一步地说明。实施例如图I至图3所示，一种非隔离对称型自耦式18脉波整流电源系统，包括移相自耦变压器I、三路输出装置、时序控制器14和电源输出端；所述移相自耦变压器I设有三组输出端和一组输入端A、B和C，三组输出端分别为超前组输出端Al、BI和Cl、原始组输出端Α0、Β0和CO以及滞后组输出端A2、B2和C2。三路输出装置分别为超前组输出装置、原始组输出装置和滞后组输出装置。所述超前组输出装置包括依次连接的超前组零序抑制换向电感2、超前组三相不控整流桥5和超前组双向开关BUCK降压变换器11 ;所述原始组输出装置包括依次连接的原始组零序抑制换向电感3、原始组三相不控整流桥6和原始组双向开关BUCK降压变换器12 ;所述滞后组输出装置包括依次连接的滞后组零序抑制换向电感4、滞后组三相不控整流桥7、和滞后组双向开关BUCK降压变换器13。所述时序控制器14设有三组控制端，三组控制端分别与超前组双向开关BUCK降压变换器11的控制端、原始组双向开关BUCK降压变换器12的控制端和滞后组双向开关BUCK降压变换器13的控制端连接。所述超前组双向开关BUCK降压变换器11的输出端、原始组双向开关BUCK降压变换器12的输出端和滞后组双向开关BUCK降压变换器13的输出端均与电源输出端连接。 移相自耦变压器I将输入的三相交流电源(A，B，C)移相为三组相位对应互差20°的对称三相交流电源原始组(A0，B0, CO)、超前组(Al，BI, Cl)和滞后组(A2，B2, C2)。原始组(AO, B0, CO)相位与输入三相交流电源(A, B, C)相同，超前组(Al, BI, Cl)超前原始组(AO, B0, CO)相位 20。，滞后组(A2, B2, C2)滞后原始组(AO, B0, CO)相位 20。。图I中原始组(AO, B0, CO)、超前组(Al, BI, Cl)和滞后组(A2, B2, C2)信号分别经过各路的三相不控整流桥，分别实现6脉波整流，最后输入到各自的双向开关BUCK降压变换器后得到直流输出，也实现了并联和功率合成。三路输出装置的零序抑制换向电感的作用是抑制各路的零序电流(参见图I中的2、3、4),和有利于各路的二相不控整流桥的桥内电流换向。图2中原始组(A0，B0, CO)为移相自耦变压器I本体输入，接市电380V三相交流电源。图中(Al，BI，Cl)和(A2，B2，C2)分别为两组三相交流输出。(Al，BI，Cl)各相对应超前原始组(AO, B0, CO)相位20°，(A2, B2, C2)各相对应滞后原始组(AO, B0, CO)相位20°。正常工作时，将变压器本体的原始组(A0，B0, CO)接电网电压(A，B, C)三相，这样在实现18脉波整流效果时，该自藕移相变压器本体的功率容量不超过系统总输出功率的20%，该变压器本体的结构和重量都极大的小于常规隔离型工频移相变压器。进一步地，所述非隔离对称型自耦式18脉波整流电源系统，还包括储能装置。所述储能装置包括蓄电池组15，蓄电池组15的正负极两端分别相应的与超前组双向开关BUCK降压变换器11的输出端的正负极、原始组双向开关BUCK降压变换器12的输出端的正负极以及滞后组双向开关BUCK降压变换器13的输出端的正负极连接。设置储能装置后一旦市电中断，各通道的双向开关BUCK降压变换器就处于关闭状态，储能蓄电池组15可直接向外提供直流电能。通过适当的控制算法，双向开关BUCK降压变换器具有对蓄电池组15的充电控制功能，而不会对分时控制功能产生影响。进一步地，所述超前组输出装置还包括超前组整流滤波电容8，超前组整流滤波电容8连接于超前组三相不控整流桥5和超前组双向开关BUCK降压变换器11之间；所述原始组输出装置还包括原始组整流滤波电容9，原始组整流滤波电容9连接于原始组三相不控整流桥6和原始组双向开关BUCK降压变换器12之间；所述滞后组输出装置还包括滞后组整流滤波电容10，滞后组整流滤波电容10连接于滞后组三相不控整流桥7和滞后组双向开关BUCK降压变换器13之间。在三路输出装置中分别设置整流滤波电容，可以起到滤波和稳定中间直流电压的功效。[0039]进一步地，所述超前组双向开关BUCK降压变换器11的电路、原始组双向开关BUCK降压变换器12的电路和滞后组双向开关BUCK降压变换器13的电路均为均为结构相同的双向开关BUCK变换电路，且其输出并联在一起。所述双向开关BUCK变换电路包括双向全控开关和滤波续流电路。所述双向全控开关设有控制端；双向全控开关设有两个输出端且分别与滤波续流电路的两个输入端连接；双向全控开关设有两个输入端且分别为正极输入端和负极输入端。所述双向全控开关由两路相同结构的开关电路组成，每路开关电路包括两个绝缘栅双极型晶体管和两个二极管。所述两个绝缘栅双极型晶体管的栅极均与双向全控开关的控制端连接，且该两个绝缘栅双极型晶体管的发射极相连且与上述两个二极管的阳极相连，上述两个二极管的阴极分别与该两个绝缘栅双极型晶体管的集电极相连；每路开关电路的两个二极管的阴极还分别与双向全控开关的一个输入端连接和一个输出端连接。所述滤波续流电路包括一个二极管、两个电感和一个电容。滤波续流电路的二极管的阳极和阴极分别与双向全控开关的负极输出端和正极输出端连接，其中一个电感的两端分别与双向全控开关的负极输出端和电容的负极连接，另一个电感的两端分别与双向全控开关的正极输出端和电容的正极连接；电容的正极和负极分别与滤波续流电路的两个输出端连接。如图3所示，本实用新型的各路双向开关BUCK降压变换器控制的电路原理图。此部分的功能是完成各直流通道并联和功率合成输出。图中SI，SO, S2为占空比小于33. 3%的同频高频脉冲驱动信号，由时序控制器14发出，其相位依次滞后三分之一周期，波形示意图如图中左部分所示。驱动信号驱动双向全控开关的通断，如图中(K11，D11;K12，D12)为用IGBT及其反向并联并二极管表示的一种全控开关，用其它的技术也可实现类似具有双向全控功能的双向开关。图中的其它双向开关的图示与(K11，D11;K12，D12)的用法相同。该实用新型如图3所示的各并列直流通道的正负直流线路上均需要配置全控功能的双向开关，这样可以保证整个系统工作时并列通道间隔离，也是18脉波整流的三组三相整流通道平衡工作的保障。进一步的，所述滤波续流电路还包括辅助电路，辅助电路设置于电容与滤波续流电路的输出端之间；所述辅助电路包括两个辅助电感和一个辅助电容；其中一个辅助电感的两端分别与所述电容的正极和辅助电容的正极连接，另一个辅助电感的两端分别与所述电容的负极和辅助电容的负极连接；辅助电容的正极和负极分别与滤波续流电路的两个输出端连接。图3中各通道滤波续流电路的滤波和续流回路如图所示，以输入Udl通道(Dl, Lll, Cll, L13;L12, C12, L14)为例。电感依据驱动脉冲频率和输出功率等要求设计，电感既是滤波不可缺少的部分，其在各通道的驱动换向时又具有某种“传统平衡电抗器”的功能，因此正负干线的电感(L11，L13;L12，L14)均需要。依具体情况，环节(L12，C12，L14)辅助电路可以增减，以满足波形质量要求。以上仅是本申请的较佳实施例，在此基础上的等同技术方案仍落入申请保护范围。
权利要求1.一种非隔离对称型自耦式18脉波整流电源系统，其特征在于其包括移相自耦变压器、三路输出装置、时序控制器和电源输出端；所述移相自耦变压器设有三组输出端和一组输入端A、B和C，三组输出端分别为超前组输出端Al、BI和Cl、原始组输出端AO、BO和CO以及滞后组输出端A2、B2和C2 ;三路输出装置分别为超前组输出装置、原始组输出装置和滞后组输出装置；所述超前组输出装置包括依次连接的超前组零序抑制换向电感、超前组三相不控整流桥和超前组双向开关BUCK降压变换器；所述原始组输出装置包括依次连接的原始组零序抑制换向电感、原始组三相不控整流桥和原始组双向开关BUCK降压变换器；所述滞后组输出装置包括依次连接的滞后组零序抑制换向电感、滞后组三相不控整流桥和滞后组双向开关BUCK降压变换器；所述时序控制器设有三组控制端，三组控制端分别与超前组双向开关BUCK降压变换器的控制端、原始组双向开关BUCK降压变换器的控制端和滞后组双向开关BUCK降压变换器的控制端连接；所述超前组双向开关BUCK降压变换器的输出端、原始组双向开关BUCK降压变换器的输出端和滞后组双向开关BUCK降压变换器的输出端均与电源输出端连接。
2.根据权利要求I所述的一种非隔离对称型自耦式18脉波整流电源系统，其特征在于还包括储能装置，所述储能装置包括蓄电池组，蓄电池组的正负极两端分别相应的与超前组双向开关BUCK降压变换器的两个输出端、原始组双向开关BUCK降压变换器的两个输出端以及滞后组双向开关BUCK降压变换器的两个输出端连接。
3.根据权利要求2所述的一种非隔离对称型自耦式18脉波整流电源系统，其特征在于所述超前组输出装置还包括超前组整流滤波电容，超前组整流滤波电容连接于超前组三相不控整流桥和超前组双向开关BUCK降压变换器之间；所述原始组输出装置还包括原始组整流滤波电容，原始组整流滤波电容连接于原始组三相不控整流桥和原始组双向开关BUCK降压变换器之间；所述滞后组输出装置还包括滞后组整流滤波电容，滞后组整流滤波电容连接于滞后组三相不控整流桥和滞后组双向开关BUCK降压变换器之间。
4.根据权利要求3所述的一种非隔离对称型自耦式18脉波整流电源系统，其特征在于所述超前组双向开关BUCK降压变换器的电路、原始组双向开关BUCK降压变换器的电路和滞后组双向开关BUCK降压变换器的电路均为结构相同的双向开关BUCK变换电路，且其输出并联在一起；所述双向开关BUCK变换电路包括双向全控开关和滤波续流电路；所述双向全控开关设有控制端；双向全控开关设有两个输出端且分别与滤波续流电路的两个输入端连接；双向全控开关设有两个输入端且分别为正极输入端和负极输入端；所述双向全控开关由两路相同结构的开关电路组成；每路开关电路包括两个绝缘栅双极型晶体管和两个二极管；所述两个绝缘栅双极型晶体管的栅极均与双向全控开关的控制端连接，且该两个绝缘栅双极型晶体管的发射极相连且与上述两个二极管的阳极相连，上述两个二极管的阴极分别与该两个绝缘栅双极型晶体管的集电极相连；每路开关电路的两个二极管的阴极还分别与双向全控开关的一个输入端连接和一个输出端连接；所述滤波续流电路包括一个二极管、两个电感和一个电容；滤波续流电路的二极管的阳极和阴极分别与双向全控开关的负极输出端和正极输出端连接，其中一个电感的两端分别与双向全控开关的负极输出端和电容的负极连接，另一个电感的两端分别与双向全控开关的正极输出端和电容的正极连接；电容的正极和负极分别与滤波续流电路的两个输出端连接。
5.根据权利要求4所述的一种非隔离对称型自耦式18脉波整流电源系统，其特征在于所述滤波续流电路还包括辅助电路，辅助电路设置于电容与滤波续流电路的输出端之间；所述辅助电路包括两个辅助电感和一个辅助电容；其中一个辅助电感的两端分别与所述电容的正极和辅助电容的正极连接，另一个辅助电感的两端分别与所述电容的负 极和辅助电容的负极连接；辅助电容的正极和负极分别与滤波续流电路的两个输出端连接。
专利摘要本实用新型涉及一种非隔离对称型自耦式18脉波整流电源系统。本实用新型包括移相自耦变压器、三路输出装置、时序控制器和电源输出端；所述移相自耦变压器设有三组输出端和一组输入端，每路输出装置包括依次连接的零序抑制换向电感、三相不控整流桥和双向开关BUCK降压变换器；时序控制器设有三组控制端，三组控制端分别与每路的双向开关BUCK降压变换器的控制端连接；每路的双向开关BUCK降压变换器的输出端均与电源输出端连接。本实用新型供电适应能力强、可靠性高、抗冲击负载能力强、结构紧凑。
文档编号H02M1/14GK202513840SQ20122017031
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月20日 优先权日2012年4月20日
发明者唐朝阳, 张胜发, 徐海波, 李鹏 申请人:广东易事特电源股份有限公司