一种串联型的12脉波整流器及在新能源领域的应用

本发明涉及新能源领域，特别涉及一种串联型的12脉波整流器及在新能源领域的应用。

背景技术：

1、在大功率整流技术中，串联型12脉波整流器因其结构简单、实现难度低、系统鲁棒性强等优点，广泛应用于大功率交流电机调速、电镀、电动汽车充电桩等领域。然而，由于整流二极管的强非线性特性，导致整流器输入电流含有高谐波成分，不适用于对电能质量要求严格的场合。为解决这一问题，提高串联型12脉波整流电路的谐波抑制能力成为电力电子技术的重要研究课题。

2、12脉波整流器是大功率场合常用的整流器。并联型12脉波整流器存在电流不平衡的问题。自耦变压器虽然能在一定程度上改善电流不平衡的问题，但其绕组结构复杂，且交、直流侧不存在隔离，应用场合受到很大的限制。隔离变压器的串联型12脉波整流器在隔离变压器后接两组串联连接的三相整流桥，使输出电压加倍。串联型12脉波整流器解决了并联型12脉波整流器电流不平衡的问题，且隔离变压器结构简单，应用场合广泛，常应用于需要高压的大功率整流场合，但是电路自身仍将产生(12k±1)次谐波。

3、为抑制串联型12脉波整流器的谐波，提出两种主要方法：

4、增加移相变压器输出相数:增加移相变压器输出相数，增加整流桥数量。但此法增加变压器复杂度、整流器件数量和成本。

5、直流侧谐波抑制:在整流器直流侧注入电压/电流谐波，抵消产生的谐波。无源谐波抑制方法可提高可靠性，但谐波抑制有限。

6、有鉴于此，提出本申请。

技术实现思路

1、本发明公开了一种串联型的12脉波整流器及在新能源领域的应用，旨在解决现有的整流器存在电流不平衡或者谐波抑制方法复杂，成本高或者谐波抑制能力有限的问题。

2、本发明第一实施例提供了一种串联型的12脉波整流器,包括:隔离变压器、电感组、第一三相全桥整流电路、第二三相全桥整流电路、第一有源谐波抑制电路、第二有源谐波抑制电路、第一直流侧电容、以及第二直流侧电容；

3、所述隔离变压器的原边绕组用于连接三相电源，所述隔离变压器的副变绕组通过所述电感组与所述第一三相全桥整流电路的输入端、所述第二三相全桥整流电路的输入端电气连接，所述第一三相全桥整流电路的输出端与所述第一有源谐波抑制电路的输入端电气连接，所述第二三相全桥整流电路的输出端与所述第二有源谐波抑制电路的输入端电气连接，所述第一直流侧电容配置在所述第一有源谐波抑制电路的输出端，所述第二直流侧电容配置在所述第二有源谐波抑制电路的输出端；

4、所述第一有源谐波抑制电路和所述第二有源谐波抑制电路能够使得所述电感组上的电压为交流方波电压，其中，在所述电感组上的电压为交流方波电压时，所述第一三相全桥整流电路和所述第二三相全桥整流电路输出电流呈线性变化，进而使得整流器输入的电流波形为正弦波。

5、优选地,所述隔离变压器包括结构对称的第一芯柱、第二芯柱、第三芯柱；

6、其中，原边绕组包括三角形联结的绕组a、绕组b、绕组c；

7、第一副边绕组包括三角形联结的绕组a1、绕组b1、绕组c1；

8、第二副边绕组包括星形联结的绕组a2、绕组b2、绕组c2；

9、绕组a、绕组a1和绕组a2配置在所述第一芯柱上，绕组b、绕组b1和绕组b2配置在所述第二芯柱上，绕组c、绕组c1和绕组c2配置在所述第三芯柱上。

10、优选地,所述第一副边绕组和所述第二副边绕组能够输出两组相位相差30°的三相电压，所述原边绕组能够为三倍频谐波提供回路。

11、优选地,所述第一流侧电容的第一直端与所述第一三相全桥整流电路的输出端正极和负载的正极相连，所述第一流侧电容的第二直端与所述第二直流侧电容的第一端连接，所述第二直流侧电容的第二端与所述第二三相全桥整流电路的输出端负极和负载的负极相连。

12、优选地,所述第一有源谐波抑制电路包括：第一降压变压器和第一全桥逆变电路；

13、其中,所述第一降压变压器的副边绕组的第一端与所述第一三相全桥整流电路电气连接,所述第一降压变压器的副边绕组的第二端与所述第一直流侧电容的第一端电气连接,所述第一降压变压器的原边绕组与所述第一全桥逆变电路的交流侧电气连接,所述第一全桥逆变电路的直流侧用于连接负载。

14、优选地,所述第二有源谐波抑制电路包括：第二降压变压器和第二全桥逆变电路；

15、其中,所述第二降压变压器的副边绕组的第一端与所述第二三相全桥整流电路电气连接,所述第二降压变压器的副边绕组的第二端与所述第二直流侧电容的第一端电气连接,所述第二降压变压器的原边绕组与所述第二全桥逆变电路的交流侧电气连接,所述第二全桥逆变电路的直流侧用于连接负载。

16、优选地,所述第一有源谐波抑制电路的输出电压表达式为：

17、

18、所述第二有源谐波抑制电路的输出电压表达式为：

19、

20、其中，il为负载电流，ls为电感值，f为频率。

21、本发明第二实施例提供了一种充电桩,其特征在于,包括如上任意一项所述的一种串联型的12脉波整流器。

22、基于本发明提供的一种如上任意一项所述的一种串联型的12脉波整流器在新能源领域的应用，利用全桥逆变电路和降压变压器组成的有源谐波抑制电路，产生交流方波电压，通过作用在主电路的电感上，使得流过电感上的电流即整流桥输出电流呈线性变化，把两个整流桥输出电流变为相位相反的300hz等腰三角波，整流桥输入侧电流波形接近正弦波，解决了现有的整流器存在电流不平衡或者谐波抑制方法复杂，成本高或者谐波抑制能力有限的问题。

技术特征：

1.一种串联型的12脉波整流器,其特征在于,包括:隔离变压器、电感组、第一三相全桥整流电路、第二三相全桥整流电路、第一有源谐波抑制电路、第二有源谐波抑制电路、第一直流侧电容、以及第二直流侧电容；

2.根据权利要求1所述的一种串联型的12脉波整流器,其特征在于,所述隔离变压器包括结构对称的第一芯柱、第二芯柱、第三芯柱；

3.根据权利要求2所述的一种串联型的12脉波整流器,其特征在于,所述第一副边绕组和所述第二副边绕组能够输出两组相位相差30°的三相电压，所述原边绕组能够为三倍频谐波提供回路。

4.根据权利要求1所述的一种串联型的12脉波整流器,其特征在于,所述第一流侧电容的第一直端与所述第一三相全桥整流电路的输出端正极和负载的正极相连，所述第一流侧电容的第二直端与所述第二直流侧电容的第一端连接，所述第二直流侧电容的第二端与所述第二三相全桥整流电路的输出端负极和负载的负极相连。

5.根据权利要求1所述的一种串联型的12脉波整流器,其特征在于,所述第一有源谐波抑制电路包括：第一降压变压器和第一全桥逆变电路；

6.根据权利要求1所述的一种串联型的12脉波整流器,其特征在于,所述第二有源谐波抑制电路包括：第二降压变压器和第二全桥逆变电路；

7.根据权利要求1所述的一种串联型的12脉波整流器,其特征在于,所述第一有源谐波抑制电路的输出电压表达式为：

8.一种如权利要求1-7所述的一种串联型的12脉波整流器在新能源领域的应用。

技术总结
本发明提供了一种串联型的12脉波整流器及在新能源领域的应用，利用全桥逆变电路和降压变压器组成的有源谐波抑制电路，产生交流方波电压，通过作用在主电路的电感上，使得流过电感上的电流即整流桥输出电流呈线性变化，把两个整流桥输出电流变为相位相反的300Hz等腰三角波，整流桥输入侧电流波形接近正弦波，解决了现有的整流器存在电流不平衡或者谐波抑制方法复杂，成本高或者谐波抑制能力有限的问题。

技术研发人员：张达敏,阳双连,郑雪钦,张强,曾汉超,傅恺宁,李永湖
受保护的技术使用者：厦门理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16