一種級(jí)聯(lián)-并聯(lián)混合變換器裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種級(jí)聯(lián)-并聯(lián)混合變換器裝置，尤其涉及一種用于電氣化鐵路的級(jí)聯(lián)-并聯(lián)混合變換器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]變換器通過電力電子技術(shù)進(jìn)行電能變換，它利用晶閘管電路，將各類交流或直流電源輸入轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰妮敵鲭妷汉皖l率穩(wěn)定的交流輸出。如今在電力系統(tǒng)、蓄電池的后備供電系統(tǒng)等領(lǐng)域的迅速發(fā)展也促使大容量變換器快速發(fā)展，大功率變換器的用途也日益廣泛。對(duì)于電氣化鐵路設(shè)計(jì)而言也是如此，需要在逆變器側(cè)輸出足夠大功率的電源以供機(jī)車順利運(yùn)行。應(yīng)用于電氣化鐵路的變換器，其輸出電能要求十分嚴(yán)格，如何能同時(shí)提高變換器容量并改善其輸出電能的質(zhì)量，是現(xiàn)代逆變技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。因此對(duì)大功率變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行研宄，從而提高電力電子變換器容量并改善其輸出電能質(zhì)量，是十分具有研宄意義的。
[0003]變換器級(jí)聯(lián)具有串聯(lián)的特性，可以由$父小功率的申旲塊提供輸入，實(shí)現(xiàn)尚壓大功率輸出，實(shí)現(xiàn)使低壓器件應(yīng)用于高壓場(chǎng)合，變換器以較高的電壓等級(jí)輸出的功能。變換器的并聯(lián)運(yùn)行，不僅可實(shí)現(xiàn)功率合成，提高輸出電流的等級(jí)，滿足變換器系統(tǒng)大電流等級(jí)輸出的要求，增加電源的容量，而且可以提高供電的可靠性。
[0004]在電氣化鐵路設(shè)計(jì)當(dāng)中，供電系統(tǒng)輸出電壓只能到27.5kv，若需要繼續(xù)增大變換器輸出容量，光是繼續(xù)增加級(jí)聯(lián)單元便沒意義了，這時(shí)可以考慮加入并聯(lián)，提高輸出電流，從而進(jìn)一步增加變換器容量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是提供一種級(jí)聯(lián)-并聯(lián)混合變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有控制方式靈活，輸出電壓的相位與幅值均可根據(jù)設(shè)備需要進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，可根據(jù)工程實(shí)際需求進(jìn)行變換器單元的拓展，而且輸出電壓諧波含量低，變換器工作效率較高，適和用于高壓大功率輸出等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種級(jí)聯(lián)-并聯(lián)混合變換器裝置，由三相電源提供能源，通過變壓器將電源分為三相，二次繞組的每一相電壓被切分為若干個(gè)獨(dú)立的低電壓，這些獨(dú)立電壓分別經(jīng)過單相-單相變換器，通過級(jí)聯(lián)形成單相交流輸出電壓；而每相級(jí)聯(lián)輸出分別并聯(lián)后經(jīng)過LC濾波電路連接于負(fù)載，形成三相-單相變換器，其具體連接方式為:
[0008]a、切分變壓器一次側(cè)繞組連接三相電源，二次側(cè)繞組的每一相電壓被切分為η個(gè)獨(dú)立的低電壓，以第一相電壓為例，每一個(gè)獨(dú)立的低電壓均與相對(duì)應(yīng)的功率單元模塊連接，功率單元模塊11至In輸出端依次級(jí)聯(lián)，即功率單元模塊11的輸出負(fù)端口 IlN與功率單元模塊12的輸出正端口 12Ρ連接，功率單元模塊12的輸出負(fù)端口 12Ν與功率單元模塊13的輸出正端口 13Ρ連接，以此類推；同理，第二、三相電壓與功率單元模塊連接方式與第一相相同。每一相功率模塊級(jí)聯(lián)后的輸出端口分別為IlP與1ηΝ、21Ρ與2nN、31與3n ；
[0009]b、輸出端11P、21P、31P端共同連接于P點(diǎn)，經(jīng)濾波LC濾波電路后與負(fù)載或牽引網(wǎng)正端連接，輸出端1ηΝ、2ηΝ、3ηΝ端共同連接于N點(diǎn)，與負(fù)載或牽引網(wǎng)負(fù)端連接，實(shí)現(xiàn)三個(gè)單相交流輸出電壓的并聯(lián)；
[0010]所述功率單元模塊為單相-單相PWM變換器。
[0011]本發(fā)明級(jí)聯(lián)-并聯(lián)混合變換器，能使低壓器件應(yīng)用于高壓場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)變換器以較高的電壓等級(jí)輸出，而變換器并聯(lián)又能提高輸出電流的等級(jí)，滿足變換器系統(tǒng)大電流輸出的要求。輸出端可接負(fù)載，則本裝置可視為一個(gè)三相-單相變換器；本裝置亦可應(yīng)用于電氣化鐵路如同相供電系統(tǒng)中，輸出端可為牽引網(wǎng)供電，提供能源的三相電源A、B、C三相可共同分擔(dān)負(fù)載或牽引網(wǎng)所需功率，且能量可雙向流動(dòng)。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:可視作一個(gè)三相-單相變換器，為不同的負(fù)載提供能源；對(duì)于電氣化鐵路而言，由于輸出額定電壓為27.5kv，無法通過繼續(xù)提高輸出電壓等級(jí)滿足負(fù)載更高的容量需求，故本發(fā)明在逆變側(cè)級(jí)聯(lián)的基礎(chǔ)上對(duì)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)加以改進(jìn)，加入了并聯(lián)結(jié)構(gòu)，將變換器級(jí)聯(lián)提升電壓等級(jí)的優(yōu)點(diǎn)與并聯(lián)提升電流等級(jí)的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)大功率輸出，滿足不同設(shè)計(jì)需求。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的的電路原理圖；
[0014]圖2是基于兩電平H橋結(jié)構(gòu)的單相-單相PWM變換器；
[0015]圖3是基于三電平二極管箝位結(jié)構(gòu)的單相-單相PWM變換器。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]圖1是本發(fā)明的級(jí)聯(lián)-并聯(lián)混合變換器主電路圖，由三相電源提供能源，通過切分變壓器將電源分為三相，切分變壓器一次側(cè)繞組連接三相電源，二次側(cè)繞組的每一相電壓被切分為η個(gè)獨(dú)立的低電壓，如圖1中Un1、UN2、Un3所示，以第I相電壓為例，每一個(gè)獨(dú)立的低電壓均與相對(duì)應(yīng)的功率單元模塊連接，功率單元模塊11至In輸出端依次級(jí)聯(lián)，即功率單元11的輸出負(fù)端口 IlN與功率單元12的輸出正端口 12Ρ連接，功率單元12的輸出負(fù)端口12Ν與功率單元13的輸出正端口 13Ρ連接，以此類推。同理，第2、3相電壓與功率單元模塊連接方式與第I相相同。每一相功率模塊級(jí)聯(lián)后的輸出端口分別為IlP與1ηΝ、21Ρ與2ηΝ、31與3η。輸出端11Ρ、21Ρ、31Ρ端共同連接于P點(diǎn)，經(jīng)濾波LC濾波電路后與負(fù)載或牽引網(wǎng)正端連接，輸出端1ηΝ、2ηΝ、3ηΝ端共同連接于N點(diǎn)，與負(fù)載或牽引網(wǎng)負(fù)端連接，實(shí)現(xiàn)三個(gè)單相交流輸出電壓的并聯(lián)。所述功率單元模塊為單相-單相PWM變換器，變換器可以是兩電平結(jié)構(gòu)，如圖2所示，也可以是多電平結(jié)構(gòu)，如圖3中三電平二極管箝位結(jié)構(gòu)。
[0018]本發(fā)明提出的級(jí)聯(lián)-并聯(lián)混合變換器，變換器級(jí)聯(lián)能使低壓器件應(yīng)用于高壓場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)變換器以較高的電壓等級(jí)輸出，而變換器并聯(lián)又能提高輸出電流的等級(jí)，滿足變換器系統(tǒng)大電流輸出的要求。輸出端可接負(fù)載，則本裝置可視為一個(gè)三相-單相變換器；本裝置亦可應(yīng)用于電氣化鐵路如同相供電系統(tǒng)中，輸出端可為牽引網(wǎng)供電，提供能源的三相電源Α、B、C三相可共同分擔(dān)負(fù)載或牽引網(wǎng)所需功率，且能量可雙向流動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種級(jí)聯(lián)-并聯(lián)混合變換器裝置，其特征在于，由三相電源提供能源，通過變壓器將電源分為三相，二次繞組的每一相電壓被切分為若干個(gè)獨(dú)立的低電壓，這些獨(dú)立電壓分別經(jīng)過單相-單相變換器，通過級(jí)聯(lián)形成單相交流輸出電壓；而每相級(jí)聯(lián)輸出分別并聯(lián)后經(jīng)過LC濾波電路連接于負(fù)載，形成三相-單相變換器，其具體連接方式為: a、切分變壓器一次側(cè)繞組連接三相電源，二次側(cè)繞組的每一相電壓被切分為η個(gè)獨(dú)立的低電壓，以第一相電壓為例，每一個(gè)獨(dú)立的低電壓均與相對(duì)應(yīng)的功率單元模塊連接，功率單元模塊11至In輸出端依次級(jí)聯(lián)，即功率單元模塊11的輸出負(fù)端口 IlN與功率單元模塊12的輸出正端口 12Ρ連接，功率單元模塊12的輸出負(fù)端口 12Ν與功率單元模塊13的輸出正端口 13Ρ連接，以此類推；同理，第二、三相電壓與功率單元模塊連接方式與第一相相同。每一相功率模塊級(jí)聯(lián)后的輸出端口分別為IlP與1ηΝ、21Ρ與2ηΝ、31與3η ； b、輸出端11Ρ、21Ρ、31Ρ端共同連接于P點(diǎn)，經(jīng)濾波LC濾波電路后與負(fù)載或牽引網(wǎng)正端連接，輸出端1ηΝ、2ηΝ、3ηΝ端共同連接于N點(diǎn)，與負(fù)載或牽引網(wǎng)負(fù)端連接，實(shí)現(xiàn)三個(gè)單相交流輸出電壓的并聯(lián)； 所述功率單元模塊為單相-單相PWM變換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級(jí)聯(lián)-并聯(lián)混合變換器，其特征在于，其特征在于，所述變換器可以是兩電平結(jié)構(gòu)，也可以是多電平結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種級(jí)聯(lián)-并聯(lián)混合變換器裝置，由三相電源提供能源，通過切分變壓器將電源分為三相，二次繞組的每一相電壓被切分為若干個(gè)獨(dú)立的低電壓，這些獨(dú)立電壓分別經(jīng)過單相-單相變換器，通過級(jí)聯(lián)形成單相交流輸出電壓。而每相級(jí)聯(lián)輸出分別并聯(lián)后經(jīng)過LC濾波電路連接于負(fù)載，形成三相-單相變換器。所述功率單元模塊為單相-單相PWM變換器，變換器可以是兩電平結(jié)構(gòu)，也可以是多電平結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能使低壓器件應(yīng)用于高壓場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)逆變器以較高的電壓等級(jí)輸出，還可增減級(jí)聯(lián)、并聯(lián)單元以滿足不同的設(shè)計(jì)要求。輸出端可接負(fù)載而被視為一個(gè)三相單相變換器；本發(fā)明亦可應(yīng)用于電氣化鐵路如同相供電系統(tǒng)中，輸出端可為牽引網(wǎng)供電，提供能源的三相電源A、B、C三相可共同分擔(dān)負(fù)載或牽引網(wǎng)所需功率，且能量可雙向流動(dòng)。
【IPC分類】H02M5-45
【公開號(hào)】CN104767393
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510181639
【發(fā)明人】何曉瓊, 崖尚松, 王鵬, 舒澤亮
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年4月17日