CN108649806A - 一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，属于电力电子技术领域。本发明三相交流电分别与三组单相桥式不控整流电路连接，为***供电；三组单相桥式不控整流电路的输出端分别与三组单相全桥逆变电路的输入端相连；三组单相全桥逆变电路的IGBT与控制电路的PWM输出信号相连接；三组单相全桥逆变电路的输出端与中频移相变压器的一次侧绕组相连，经电磁耦合将电能传递到二次侧绕组，中频移相变压器的二次侧输出2组幅值相同、相位相差30°的中频交流电。本发明使移相变压器工作在中频状态下，有效减少了移相变压器的体积与质量，提高了移相变压器的功率密度，拓宽了多脉波整流器的应用范围。

Description

一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器
技术领域
本发明涉及一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，属于电力电子技术领域。
背景技术
多脉波整流器具有实现简单、成本低、可靠性高等优点，在大型舰船、火箭炮和坦克供电***等军事领域，以及电解、电镀和直流电弧炉等工业领域得到了广泛的应用。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。但是，移相变压器体积庞大，占据整套整流装置总体积50％以上，制约了大功率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，可将移相变压器体积降低原有的二分之一。但自耦变压器存在绕组结构复杂，原副边绕组没有电隔离，降低了整流装置的安全性。如果升高移相变压器的工作频率，单位时间内变压器铁芯的磁通量变化率成倍数增加，可以降低铁芯的体积与质量，这也是中频变压器较普通变压器体积小的原因。此外，频率越高，体积减少越多。如果在移相变压器绕组侧增设电力电子变换器，即可对变压器一次侧和二次侧电压电流幅值和相位进行实时控制，从而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，既可实现原有移相变压器的移相功能，又可拥有中频变压器的小体积与轻质量的优点。
发明内容
本发明的目的是为了降低移相变压器的体积，减少其质量，进而提供一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，所述用于多脉波整流器的电子电力移相变压器包括三组单相桥式不控整流电路、三组单相全桥逆变电路、移相变压器和控制电路，三相交流电分别与三组单相桥式不控整流电路连接，为***供电；三组单相桥式不控整流电路的输出端分别与三组单相全桥逆变电路的输入端相连；三组单相全桥逆变电路的IGBT与控制电路的PWM输出信号相连接；三组单相全桥逆变电路的输出端与中频移相变压器的一次侧绕组相连，经电磁耦合将电能传递到二次侧绕组，中频移相变压器的二次侧输出2组幅值相同、相位相差30°的中频交流电。
本发明一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，所述三组单相桥式不控整流电路采用整流二极管连接成H桥，且三组单相桥式不控整流电路相互独立。
本发明一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，所述三组单相全桥逆变电路在中频状态下使用IGBT，在高频状态下使用MOSFET。
本发明一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，所述中频移相变压器采用隔离式变压器。
本发明一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，所述中频移相变压器由三个芯柱组成，每个芯柱上有三个绕组，一个原边绕组和两个副边绕组，三个原边绕组相互独立，不存在电联系，副边六相绕组分别采用星型联结和角型联结，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°，且星型联结的绕组与角型联结的绕组匝比满足的关系。
本发明一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，所述控制电路包括控制器和PWM驱动电路，采集的任意一相的电压信号送至控制器，控制器输出信号到PWM驱动信号输出12路PWM信号，12路PWM信号与单相全桥逆变电路中的IGBT相连。
本发明一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，通过控制电力电子变换器中IGBT的导通和关断，控制移相变压器原副边绕组的电压电流，升高移相变压器的工作频率，进而减小移相变压器的体积与质量；相对于工频50Hz的移相变压器，工作于中频500Hz的电子电力移相变压器体积质量可减少至原来的三分之一，且频率越高，体积质量减少的越多，降低了移相变压器占总套整流装置的体积比重，提高了变压器的功率密度，拓宽了多脉波整流器的应用场合
附图说明
图1为本发明电子电力移相变压器的拓扑示意图。
图2为采用本发明的并联型12脉波整流电路图。
图3为本发明单相桥式不控整流电路的输入输出波形。
图4为本发明单相全桥逆变电路输入输出波形。
图5为本发明中频移相变压器的输出波形。
图中附图标记有，1为三组单相桥式不控整流电路；2为三组单相全桥逆变电路；3为移相变压器；4为控制电路；5为三相交流电源；6为电子电力移相变压器；7为第一组三相全桥不控整流电路；8为第二组三相全桥不控整流电路；9为平衡电抗器；10为负载。
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所示，本实施例所涉及的一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，包括三组单相桥式不控整流电路、三组单相全桥逆变电路、移相变压器和控制电路，三相交流电分别与三组单相桥式不控整流电路连接，为***供电；三组单相桥式不控整流电路的输出端分别与三组单相全桥逆变电路的输入端相连；三组单相全桥逆变电路的IGBT与控制电路的PWM输出信号相连接；三组单相全桥逆变电路的输出端与中频移相变压器的一次侧绕组相连，经电磁耦合将电能传递到二次侧绕组，中频移相变压器的二次侧输出2组幅值相同、相位相差30°的中频交流电。
三组单相桥式不控整流电路的功能是将输入交流电变化为全波直流电，即单周期内双脉波直流电；单相桥式不控整流电路的作用是控制IGBT的通断实时控制一次侧绕组的电压电流；中频移相变压器的作用是传递电能与提供两组幅值相等，相位相差30°的三相电压。
实施例二：如图1所示，本实施例所涉及的一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，所述三组单相桥式不控整流电路采用整流二极管连接成H桥，且三组单相桥式不控整流电路相互独立。
三组单相桥式不控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；三组单相桥式不控整流电路相互独立，不存在电联系，提高了安全性。
实施例三：如图1所示，本实施例所涉及的一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，所述三组单相全桥逆变电路在中频状态下使用IGBT，在高频状态下使用MOSFET。
三组单相全桥逆变电路在中频状态下使用IGBT，提高其通流能力，在高频状态下使用MOSFET，提高其开关频率。在全控逆变电路中拓宽了电力电子器件的适用范围。
实施例四：如图1所示，本实施例所涉及的一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，所述中频移相变压器采用隔离式变压器。
实施例五：如图1所示，本实施例所涉及的一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，所述中频移相变压器由三个芯柱组成，每个芯柱上有三个绕组，一个原边绕组和两个副边绕组，三个原边绕组相互独立，不存在电联系，副边六相绕组分别采用星型联结和角型联结，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°，且星型联结的绕组与角型联结的绕组匝比满足的关系。
实施例六：如图1所示，本实施例所涉及的一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，所述控制电路包括控制器和PWM驱动电路，采集的任一一相的电压信号送至控制器，控制器输出信号到PWM驱动信号输出12路PWM信号，12路PWM信号与单相全桥逆变电路中的IGBT相连。
控制电路将采集到的电压信号送至控制器处理，通过一定的控制策略输出12路PWM信号，由PWM驱动电路控制三相桥式全控逆变电路中IGBT的导通和关断，达到升高变压器工作频率的目的。
实施例七：如图1和2所示，本实施例所涉及的一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，为具体阐述本发明电子电力移相变压器的实施方式，优选地分析工作于500Hz频率的并联型12脉波整流电路。图1为电子电力移相变压器，它包括三组单相桥式不控整流电路、三组单相全桥逆变电路、中频移相变压器、控制电路。图2为基于电力电子移相变压器的并联型12脉波整流电路，它包括三相交流电源、电子电力移相变压器、第一组三相全桥不控整流电路、第二组三相全桥不控整流电路、平衡电抗器、负载。
三相交流电源的输出电压ua ub uc分别连接电子电力变压器中的三组单相桥式不控整流电路的输入端，且三组单相桥式不控整流电路相互独立，不存在电联系；三组单相桥式不控整流电路的输出端分别连接三组单相全桥逆变电路的输入端，IGBT的通断受控于控制电路的输出信号，通过一定的控制策略实现对50Hz交流电的升频，三组单相全桥逆变电路相互独立，不存在电联系；三组单相全桥逆变电路的输出端分别连接中频移相变压器的一次侧abc三相绕组，且中频移相变压器一次侧三相绕组相互独立，不存在电联系。
第一组三相全桥不控整流电路的输入端与电子电力移相变压器的输出端a1、b1、c1相连，第二组三相半波电路的输入端与电子电力移相变压器的输出端a2、b2、c2相连，第一组三相全桥不控整流电路和第二组三相全桥不控整流电路形成并联电路，用于增大输出电流。两组三相全桥不控整流电路对中频500Hz的电能进行整流输出。
平衡电抗器的d1端与第一组三相全桥不控整流电路的输出端相连，d2端与第二组三相全桥不控整流电路的输出端相连，平衡电抗器用于吸收第一组三相全桥不控整流电路和第二组三相全桥不控整流电路两组三相全桥不控整流电路输出的电势差，使得第一组三相全桥不控整流电路和第二组三相全桥不控整流电路两组三相全桥不控整流电路能够同时并联工作，从而形成12脉波电流。
负载一端与平衡电抗器的输出端d3相连，另一端与第一组三相全桥不控整流电路和二组三相全桥不控整流电路的共阴极连接点M相连。
本实施方式所述的一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，是基于并联型12脉波整流电路，通过电力电子变换装置对原有50Hz的交流电能进行升频，根据法拉第电磁感应定律，单位时间内移相变压器铁芯的磁通变化率加快，进而显著减少移相变压器的体积。工作于500Hz的移相变压器体积仅为50Hz移相变压器的三分之一。此种电子电力移相变压器具有体积小，质量轻，功率密度高的优点。
实施例八：如图1-5所示，本实施例所涉及的一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，本实施方式是对实施方式七的进一步说明。三相交流电源接入三组单相桥式不控整流电路，对50Hz的交流电进行整流，优选对a相进行分析，单相桥式不控整流电路的输入uAB输出uCD波形如图3所示，将单周期正弦波变换为单周期双脉波直流电。三相双脉波直流电接入三组单相全桥逆变电路，优选对a相进行分析，单相全桥逆变电路的输入uCD输出uEF波形如图4所示。其控制过程是控制电路采集单相电压信号Ux，x可为abc其中任意一相，通过控制器按照一定的控制策略输出PWM信号,经驱动电路对IGBT进行控制，使得S1S3和S2S4分别以500Hz的频率交替导通，且通断时间相同，这样低频信号就被调制成高频信号。需要注意的是三相交流电的控制需同步，以此来满足三相电压平衡的要求。中频三相交流电经中频移相变压器一次侧耦合到二次侧，达到传递电能和移相的目的。中频移相变压器的Ua1b1和Ua2b2输出波形如图5所示，可见其幅值大小相等，相位相差30°。
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。

Claims (6)

1.一种用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，其特征在于，所述用于多脉波整流器的电子电力移相变压器包括三组单相桥式不控整流电路(1)、三组单相全桥逆变电路(2)、移相变压器(3)和控制电路(4)，三相交流电分别与三组单相桥式不控整流电路(1)连接，为***供电；三组单相桥式不控整流电路(1)的输出端分别与三组单相全桥逆变电路(2)的输入端相连；三组单相全桥逆变电路(2)的IGBT与控制电路(4)的PWM输出信号相连接；三组单相全桥逆变电路(2)的输出端与中频移相变压器(3)的一次侧绕组相连，经电磁耦合将电能传递到二次侧绕组，中频移相变压器(3)的二次侧输出2组幅值相同、相位相差30°的中频交流电。
2.根据权利要求1所述的用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，其特征在于，所述三组单相桥式不控整流电路(1)采用整流二极管连接成H桥，且三组单相桥式不控整流电路(1)相互独立。
3.根据权利要求1所述的用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，其特征在于，所述三组单相全桥逆变电路(2)在中频状态下使用IGBT，在高频状态下使用MOSFET。
4.根据权利要求1所述的用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，其特征在于，所述中频移相变压器(3)采用隔离式变压器。
5.根据权利要求1或5所述的用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，其特征在于，所述中频移相变压器(3)由三个芯柱组成，每个芯柱上有三个绕组，一个原边绕组和两个副边绕组，三个原边绕组相互独立，不存在电联系，副边六相绕组分别采用星型联结和角型联结，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°，且星型联结的绕组与角型联结的绕组匝比满足的关系。
6.根据权利要求1所述的用于多脉波整流器的电子电力移相变压器，其特征在于，所述控制电路(4)包括控制器和PWM驱动电路，采集的任意一相的电压信号送至控制器，控制器输出信号到PWM驱动信号输出12路PWM信号，12路PWM信号与单相全桥逆变电路(2)中的IGBT相连。
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