一种基于PWM和12脉冲整流技术的4kV电压直流电源的制作方法

本发明涉及一种电压直流电源，尤其涉及一种基于PWM和12脉冲整流技术的4kV电压直流电源。

背景技术：

由于高压直流电源具有体积小、效率高、重量轻、反应快、储能少、设计、制造周期短等特点已在耐压实验、静电除尘、核辐射探测仪器、医疗设备、冶金、直流馈电中广泛等方面应用。以前的高压直流电源是将交流三相电先经过工频高压变压器升压，然后经晶闸管整流滤波，最后得到高压直流电。它的主要特点是电路简单。但在控制角较小时，会使输入功率因数降低，输入电流会产生大量低次谐波，而且输出电压震荡周期长，难于实现快速调节，并且在输出纹波、电源精度以及稳定性也很难满足现实要求。

技术实现要素：

为了克服输出纹波、电源精度以及稳定性上存在的难题，本发明提出一种基于PWM和12脉冲整流技术的4kV电压直流电源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明基于PWM 控制的交流斩波器、12脉波整流器和输出滤波电路组成基于新型结构的高压直流电源，在0～ 4kV的电压范围内可以实现连续可调。基于PWM和12脉冲蒸馏技术的4kV电压直流电源，包括三相PWM交流变换电路、十二脉波整流电路、控制策略三部分组成。

所述三相PWM交流变换电路由含有六个绝缘栅双极型IGBT开关器件组成的三相桥式电路和LC滤波器串联组成。

所述十二脉波整流电路采用多重化整流技术，把两个结构相同的6脉波整流电路通过组合而实现。

所述控制部分由活儿才敢器采样，电压作为反馈，采用PWM控制方式控制其主电路。

本发明的有益效果是：本发明所用到的三相高频PWM交流斩波器能快速调节输出电压，输入功率因数高，输入电流及输出电压低频谐波小，而低通滤波器可有效地滤除高频谐波。由升压移相变压器和两个六脉波不可控整流桥组成的12 脉波整流器，能消除5次、7次低频谐波，滤波后输出稳定的高压直流。该高压直流电源稳态误差小，启动迅速，动态调节能力快，稳定性好，能够满足现实的应用需求，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1 高压直流电源主电路。

图2 降压式三相PWM交流变换电路。

图3 12脉波整流电路原理图。

图4 控制策略原理图。

具体实施方案

如图1所示，其工作原理为: 三相市电经Buck 型PWM 交流斩波变换后，通过小容量LC滤波器滤除高频谐波，然后输出交流到整流变压器T的原边。T 是连接形式为Δ/Δ/Y的升压变压器，设置合适的变比使得变压器T两阀侧绕组得到大小相等、相位相差30°的高压交流，分别作为两个三相整流桥的网侧输入，这两个整流桥的输出串联，最后滤波输出高压直流。该电源系统使用工频升压移相变压器和不可控整流桥组成的12脉波整流，其技术相对成熟，工作可靠性高; 而且AC/AC斩波器的功率器件运行环境好，只要通过调节交流PWM 变换器的导通占空比，就可改变升压变压器原边电压，从而达到控制直流输出的目的。

如图2所示，降压式三相PWM交流斩波调压电路结构是三相PWM交流调压电路其中一相，Q1和Q4、Q2和Q5、Q3和Q6为三对全控功率开关。由于三相电压线性相关，只存在两个独立变量，因此采取在一个时刻对其中两相斩波控制，而另一相保持导通，这样可比对三管同时斩波控制方式减小1 /3 的开关损耗。每相电压的大小关系决定了每对功率开关的工作方式。具体地，电压最小相的一对开关保持导通，其它两对开关以某一占空比进行PWM调制。如当B 相电压最低时，让Q2、Q5持续导通，而对Q1和Q4、Q3和Q6分别进行互补的高频PWM 控制，这样得到与输入正弦电压同相等幅的一系列等宽的脉冲电压输出。L1与C4、L2与C5、L3和C6分别组成三个LC 低通滤波器，他们共同作用，有效滤除开关的高频谐波。

如图3所示，W1和W2是两个6脉波的不可控整流全桥，T为三绕组整流变压器，二次一绕组a1、b1、c1采用Δ型联结，而另一绕组a2、b2、c2采用Y型联结。采用合适的联结组，让这两个三相交流电源间相位错开30°，使两个整流桥的输出电压相互叠加，从而得到在每个交流周期内脉动12次的直流输出。为了保证接入两组整流桥的交流电压相等，两绕组的线电压必须大小相等，这就需要星形联结绕组的相电压为三角联结的0.577倍，因此。变压器T 的两个二次绕组a1 /a2的匝比为1∶0.577。

如图4所示，对输出高压直流通过霍尔传感器采样，作为电压反馈，与设定的基准值比较，误差值经PI调节器输出，再与高频三角载波比较得到高频脉冲。由于在1/3个工频周期内总有一对开关管保持导通，因此可通过过零检测和逻辑门来实现PWM波的分配。此处以A相电压最低来说明该逻辑电路脉冲分配的实现。三路相电压分别经过零比较器后，得到3路与线电压同步的工频方波信号Sab、Sbc、Sca。A相电压低于B 相电压所以Sab为低，该信号经过反向器后再和信号Sca相与，同时由于A相电压最低，Sca为也高，那么Ta就为高，g1、g4都为高，因此与A相相连的IGBT(Q1和Q4)保持导通。同样的道理，B相电压最低时，Q2和Q5保持导通、C相电压最低时，Q3和Q6保持导通，这样就实现了PWM 波的正确分配。由于PI 调节器的存在，即使当负载变化或者输入电压变化，PWM 脉宽也能够迅速随之快速调节，从而改变输出直流电压，使得输出无差地跟踪给定，保证高质量的稳定高压直流。