基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器的制作方法

本发明涉及基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器，属于电力电子技术领域。

背景技术：

多脉波整流技术是大功率整流系统抑制输入谐波的一种有效方法，其谐波抑制效果好，可靠性高且电磁兼容性好。电力电子变换器也越来越多的地应用于电动船、飞机、电力系统等的应用中，以便于在合适的电压水平下传输高功率。

移相变压器是多脉波整流电路的必需器件，其主要作用是为整流桥提供几组存在相位差的三相电压。但移相变压器庞大的体积限制了多脉波整流器的应用场合，现有的降低移相变压器的体积的方法主要是采用自耦式移相变压器，但绕组结构复杂，原副边绕组没有电隔离，降低了整流装置的安全性。单位时间内，中高频移相变压器铁芯的磁通量变化率较普通移相变压器将成倍数增加，可以降低铁芯的体积与质量。若在移相变压器原边绕组侧增设电力电子变换器，对原来的50hz工作频率进行升频，就可以改变移相变压器原有的工作状态。将电力电子变换器与传统的移相变压器相结合，既保留原有移相变压器的移相功能，又可兼得中高频移相变压器体积小重量轻的特点。串联型12脉波整流器在移相变压器后接两组串联连接的三相整流桥，使输出电压加倍，常应用于需要高压的大功率整流场合。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器，所述基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器包括输入电感、三组电力电子变换器、中高频移相变压器、第一组三相全桥整流电路、第二组三相全桥整流电路、输出电容、控制电路和负载；在交流侧，输入电感与三相交流电压源usa、usb、usc串联连接；三组电力电子变换器每组的输入端与输入电感的右侧相连，三组电力电子变换器每组的8个igbt的导通和关断受控于控制电路的控制信号；中高频移相变压器的输入端与三组电力电子变换器的右侧相连，中高频移相变压器的三个原边绕组相互独立，不存在电联系，中高频移相变压器的两个副边绕组分别采用星型联结和角型联结，中高频移相变压器的两个副边绕组输出两组相位相差30°的三相电压；第一组三相全桥整流电路的输入端与中高频移相变压器的输出端a1、b1、c1相连，第二组三相全桥整流电路的输入端与中高频移相变压器的输出端a2、b2、c2相连；第一组三相全桥整流电路和第二组三相全桥整流电路串联连接；第一组三相全桥整流电路和第二组三相全桥整流电路与输出电容及负载并联连接。

本发明基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器，所述所述三个大小相同的输入电感ls分别与三相交流电压源usa、usb、usc串联连接，整流器等效为电流源型变换器。

本发明基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器，所述所述三组电力电子变换器与中高频移相变压器共同组成电力电子变压器，在中频状态下，三组电力电子变换器的每组由8个igbt组成，共有四个桥臂，每个桥臂采用2个igbt反向串联连接，三组电力电子变换器相互独立；在高频状态下，三组电力电子变换器的组成器件可使用mosfet代替igbt。

本发明基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器，所述所述控制电路属于开环控制，对三组电力电子变换器每组标号为sw1、sw2、sw7、sw8的igbt采用同一信号控制其通断，对三组电力电子变换器每组标号为sw3、sw4、sw5、sw6的igbt采用同一信号控制其通断。

本发明基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器，所述中高频移相变压器采用隔离式变压器结构，中高频移相变压器由三个芯柱组成，每个芯柱上有一个原边绕组和两个副边绕组；三个芯柱上的原边绕组相互独立，不存在电联系，两个副边绕组分别采用星型联结和角型联结，星型联结的绕组与角型联结的绕组匝比为两个副边绕组输出的两组三相电压幅值相等，星型联结的绕组与原边绕组电压相位相同，角型联结的绕组与原边绕组相位相差30°。

本发明基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器，所述第一组三相全桥整流电路和第二组三相全桥整流电路串联连接，输出电压加倍；输出电容采用大电容滤波，负载电压纹波小，可等效为恒压负载。

本发明基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器，电力电子变换器的每组由8个igbt组成，共有四个桥臂，每个桥臂采用2个igbt反向串联连接，三组电力电子变换器相互独立。通过控制电路控制电力电子变换器的8个igbt的导通和关断，升高移相变压器的工作频率，进而减小移相变压器的体积并减轻其质量，提高功率密度。

附图说明

图1为本发明的电路结构示意图。

图2为本发明所采用的隔离变压器绕组结构图。

图3为在高频状态下电力电子变换器示意图。

附图标记：1为输入电感；2为三组电力电子变换器；3为中高频移相变压器；4为第一组三相全桥整流电路；5为第二组三相全桥整流电路；6为输出电容；7为控制电路；8为负载；3-1为芯柱一；3-2为芯柱二；3-3为芯柱三。

图1中usa、usb、usc为三相交流电源，ia、ib、ic为三相输入电流，i1、i2、i3为隔离变压器输入绕组电流，ia1、ib1、ic1为中高频移相变压器星形联结副边绕组输出电流，也即第一组三相全桥整流电路的输入电流，ia2、ib2、ic2为中高频移相变压器角形联结副边绕组输出电流，也即第二组三相全桥整流电路的输入电流，irec1是第一组三相全桥整流电路的输出电流，irec2是第二组三相全桥整流电路的输出电流，id为负载电流。图2中a、b、c为中高频移相变压器原边绕组，a1、b1、c1、a2、b2、c2为中高频移相变压器副边绕组。图三为在高频状态时电力电子变换器结构图，由8个mosfet组成，共有四个桥臂，每个桥臂上为两个mosfet反向串联。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例一：如图1-3所示，本实施例所涉及的基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器，包括输入电感、三组电力电子变换器、中高频移相变压器、第一组三相全桥整流电路、第二组三相全桥整流电路、输出电容、控制电路和负载；在交流侧，输入电感与三相交流电压源usa、usb、usc串联连接；三组电力电子变换器每组的输入端与输入电感的右侧相连，三组电力电子变换器每组的8个igbt的导通和关断受控于控制电路的控制信号；中高频移相变压器的输入端与三组电力电子变换器的右侧相连，中高频移相变压器的三个原边绕组相互独立，不存在电联系，中高频移相变压器的两个副边绕组分别采用星型联结和角型联结，中高频移相变压器的两个副边绕组输出两组相位相差30°的三相电压；第一组三相全桥整流电路的输入端与中高频移相变压器的输出端a1、b1、c1相连，第二组三相全桥整流电路的输入端与中高频移相变压器的输出端a2、b2、c2相连；第一组三相全桥整流电路和第二组三相全桥整流电路串联连接；第一组三相全桥整流电路和第二组三相全桥整流电路与输出电容及负载并联连接。

实施例二：如图1所示，本实施例所涉及的基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器，所述所述三个大小相同的输入电感ls分别与三相交流电压源usa、usb、usc串联连接，整流器等效为电流源型变换器。

实施例三：如图1所示，本实施例所涉及的基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器，所述所述三组电力电子变换器与中高频移相变压器共同组成电力电子变压器，在中频状态下，三组电力电子变换器的每组由8个igbt组成，共有四个桥臂，每个桥臂采用2个igbt反向串联连接，三组电力电子变换器相互独立；在高频状态下，三组电力电子变换器的组成器件可使用mosfet代替igbt。

电力电子变换器与中高频移相变压器共同组成电力电子变压器。所述电力电子变换器，在中频状态下，三组电力电子变换器的每组由8个igbt组成，共有四个桥臂，每个桥臂采用2个igbt反向串联连接，三组电力电子变换器相互独立，提高安全性；控制电路属于开环控制，对三组电力电子变换器每组标号为sw1、sw2、sw7、sw8的igbt采用同一信号控制其导通和关断，对三组电力电子变换器每组标号为sw3、sw4、sw5、sw6的igbt采用同一信号控制其导通和关断，两组控制信号互补，控制方法简单，控制效果稳定。

实施例四：如图1和3所示，本实施例所涉及的基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器，所述控制电路属于开环控制，对三组电力电子变换器每组标号为sw1、sw2、sw7、sw8的igbt采用同一信号控制其通断，对三组电力电子变换器每组标号为sw3、sw4、sw5、sw6的igbt采用同一信号控制其通断。

电力电子电力电子变换器，若要求高频状态，图1中的三组电力电子变换器可用图3所示结构代替。三组电力电子变换器的每组由8个mosfet组成，共有四个桥臂，每个桥臂采用2个mosfet反向串联连接，三组电力电子变换器相互独立，提高安全性；控制电路属于开环控制，对三组电力电子变换器每组标号为q1、q2、q7、q8的mosfet采用同一信号控制其导通和关断，对三组电力电子变换器每组标号为q3、q4、q5、q6的mosfet采用同一信号控制其导通和关断，提高了开关频率，拓展了该整流器的适用范围。

实施例五：如图1和2所示，本实施例所涉及的基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器，所述中高频移相变压器采用隔离式变压器结构，中高频移相变压器由三个芯柱组成，每个芯柱上有一个原边绕组和两个副边绕组；三个芯柱上的原边绕组相互独立，不存在电联系，两个副边绕组分别采用星型联结和角型联结，星型联结的绕组与角型联结的绕组匝比为两个副边绕组输出的两组三相电压幅值相等，星型联结的绕组与原边绕组电压相位相同，角型联结的绕组与原边绕组相位相差30°。

电力电子变换器与中高频移相变压器共同组成电力电子变压器。所述中高频移相变压器变压器由芯柱一、芯柱二、芯柱三和原边绕组a、原边绕组b、原边绕组c、副边绕组a1、副边绕组b1、副边绕组c1、副边绕组a2、副边绕组b2、副边绕组c2组成且结构对称，每个芯柱上有三个绕组，一个原边绕组和两个副边绕组。中高频移相变压器的原边绕组相互独立，不存在电联系，两个副边绕组分别采用星形联结和三角形联结，输出两组相位相差30°的三相电压。采用隔离式结构，具有较高的安全性。

实施例六：如图1所示，本实施例所涉及的基于电力电子变压器的串联型12脉波整流器，所述第一组三相全桥整流电路和第二组三相全桥整流电路串联连接，输出电压加倍；输出电容采用大电容滤波，负载电压纹波小，可等效为恒压负载。

电力电子变换器与中高频移相变压器共同组成电力电子变压器。所述电力电子变压器输出侧连接的第一组三相全桥整流电路和第二组三相全桥整流电路均采用二极管作为整流器件，因而结构简单，实现难度低，系统鲁棒性强；两组三相全桥整流电路串联连接，不仅解决了电流不平衡的问题，且输出电压加倍，适用于输出高压的大功率整流场合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且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该以权利要求书的保护范围为准。