一種采用直流側(cè)電流注入法的低諧波12脈波整流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用直流側(cè)電流注入法的低諧波12脈波整流器，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]AC/DC變換系統(tǒng)(整流器)是應(yīng)用最為廣泛、數(shù)量最多、裝機(jī)容量最大的一類電力電子能量變換裝置，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但整流裝置的強(qiáng)非線性使整流器輸入電流中含有大量諧波。因此，有效抑制整流器產(chǎn)生的諧波，將總諧波畸變率控制在允許范圍內(nèi)，成為電力電子技術(shù)研究的重要課題。
[0003]在大功率整流器中，隨著電壓、電流功率等級(jí)的加大，諧波污染對(duì)電網(wǎng)的污染會(huì)進(jìn)一步加大。多脈波整流技術(shù)是大功率整流技術(shù)中抑制諧波的一種主要方法。傳統(tǒng)的多脈波整流器使用隔離變壓器對(duì)多個(gè)整流橋進(jìn)行移相多重聯(lián)結(jié)，使一個(gè)整流橋產(chǎn)生的諧波可以被其他整流橋產(chǎn)生的諧波所抵消，達(dá)到抑制輸入電流諧波，提高功率因數(shù)的目的。在大量多脈波整流器拓?fù)渲校?2脈波整流器是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、功率密度最高的整流器。但是，12脈波整流器的輸入電流THD值約為15%，這遠(yuǎn)大于電網(wǎng)對(duì)接入整流器的諧波要求。為了抑制12脈波整流器中電流諧波，本發(fā)明提出了一種采用直流側(cè)電流注入法的低諧波12脈波整流器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了改善12脈波整流器的諧波抑制能力，本發(fā)明提出了一種采用直流側(cè)電流注入法的低諧波12脈波整流器。直流側(cè)電流注入法使用單相全橋逆變器來實(shí)現(xiàn)，單相全橋逆變器接在平衡電抗器的兩端，通過DSP控制器控制單相全橋逆變電路中IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，向平衡電抗器注入電流，改變兩個(gè)整流橋的輸出電流，進(jìn)而達(dá)到抑制交流測(cè)輸入電流諧波的目的。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:采用直流側(cè)電流注入法的12脈波整流器，包括:星形聯(lián)結(jié)自耦變壓器，整流橋，零序電流抑制器，平衡電抗器，單相全橋逆變電路，DSP控制器。
[0006]星形聯(lián)結(jié)自耦變壓器為移相變壓器，其輸入端接三相交流電壓，輸出兩組存在30°相位差的三相電壓，對(duì)兩組整流橋供電；兩組三相整流橋采取并聯(lián)方式，使輸出電流加倍；整流橋的輸出端與零序電流抑制器相連，由于零序電流抑制器對(duì)三倍頻電流有高阻性，可以確保兩組整流橋的每個(gè)二極管導(dǎo)通120° ;零序電流抑制器后接平衡電抗器，平衡電抗器可以吸收兩整流橋輸出電壓的瞬時(shí)差，確保兩整流橋獨(dú)立并聯(lián)工作；單相全橋逆變器接在平衡電抗器的兩端，DSP控制器通過控制全橋逆變電路中IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，向平衡電抗器注入補(bǔ)償電流，以提高交流側(cè)電能質(zhì)量，使12脈波整流器輸入電流波形趨于正弦；負(fù)載的一端與平衡電抗器的輸出相連接，另一端與并聯(lián)橋式整流電路相連接。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:采用星形聯(lián)結(jié)自耦變壓器作為移相變壓器，可以大幅度減少系統(tǒng)的體積和成本，提高功率密度；單相全橋逆變器直接接在平衡電抗器的兩端，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明在有效抑制12脈波整流器輸入電流諧波的同時(shí)，有效減少了系統(tǒng)的體積和成本，提高了功率密度。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2為本發(fā)明所采用的星形聯(lián)結(jié)變壓器繞組結(jié)構(gòu)圖。
[0010]圖1至圖2中ia、ib、i。為三相輸入電流，爾i2、厶為自耦變壓器輸入繞組電流，ial、ibl、4、ia2、ib2、乙為自耦變壓器輸出繞組電流，也即三相全橋整流電路的輸入電流，idl、id2為平衡電抗器的輸入電流，ixl、ix2為注入平衡電抗器的補(bǔ)償電流，/d為負(fù)載電流，ydl、％為兩整流橋輸出電壓，4為平衡電抗器兩端的電壓，Kd。為全橋逆變電路中的電壓源，Λ為自耦變壓器輸入繞組匝數(shù)，％為輸出繞組匝數(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0011]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式所述的采用直流側(cè)電流注入法的12脈波整流器，它包括星形聯(lián)結(jié)自耦變壓器1、兩組三相整流橋2、零序電流抑制器3、平衡電抗器4、負(fù)載5、單相全橋逆變電路6、DSP控制器7。
[0012]星形聯(lián)結(jié)自耦變壓器1作為移相變壓器，其輸入端與三相交流電壓ya、yb、y。相連，輸出端接兩組三相整流橋2，變壓器的輸出端al、bl、cl接整流橋I，變壓器的輸出端a2、b2、c2接整流橋II，變壓器向整流橋輸出存在30°相位差的三相輸出電壓，與輸入電壓分別相差±15°，即一組輸出電壓超前輸入電壓15°，另一組輸出電壓滯后輸入電壓15° ；兩組橋式整流電路2采取并聯(lián)的方式，使輸出電流加倍；并聯(lián)橋式整流電路的輸出與零序電流抑制器3的輸入端(ml、m2、m3、m4)相連，由于零序電流抑制器3對(duì)三倍頻電流有高阻性，從而確保兩組整流橋的每個(gè)二極管導(dǎo)通120°，零序電流抑制器3輸出端(nl、n3)后接平衡電抗器4 ;平衡電抗器4吸收兩整流橋2輸出電壓的瞬時(shí)差，確保兩整流橋獨(dú)立并聯(lián)工作；單相全橋逆變電路6接在平衡電抗器的兩端，DSP控制器7通過控制單相全橋逆變電路6中IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，向平衡電抗器4注入補(bǔ)償電流，改變兩個(gè)三相整流橋的輸出電流，使12脈波整流器輸入電流波形趨于正弦；負(fù)載的一端與平衡電抗器的輸出(M)相連接，另一端與零序電流抑制器(n2端、n4端)相連接。
[0013]本實(shí)施方式所述的采用直流側(cè)電流注入法的12脈波整流器，通過向系統(tǒng)直流側(cè)的平衡電抗器注入補(bǔ)償電流，達(dá)到抑制輸入電流諧波的效果。
[0014]【具體實(shí)施方式】二:下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一的進(jìn)一步限定，所述的采用直流側(cè)電流注入法的12脈波整流器，其抑制諧波的具體方法是:
采用DSP數(shù)字控制器，通過分析整流系統(tǒng)同步過零信號(hào)、負(fù)載電流等得出系統(tǒng)所需要的補(bǔ)償電流，在與實(shí)際補(bǔ)償電流進(jìn)行比較，利用得到的差值對(duì)單相全橋逆變電路進(jìn)行控制，向系統(tǒng)注入所需要的電流，使交流測(cè)輸入電流波形趨于正弦。
[0015]【具體實(shí)施方式】三:下面結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一的進(jìn)一步限定，所述自耦變壓器為星形連接，所述自耦變壓器1由三個(gè)磁芯柱(1)、磁芯柱(2)、磁芯柱(3)和原邊繞組a、繞組b、繞組c ;副邊繞組al、繞組b 1、繞組c 1、繞組a2、繞組b2、繞組c2九個(gè)繞組組成， 繞組a、繞組b、繞組c為自耦變壓器1的輸入繞組，采用星形連接，即正極性端分別與三相交流電壓ua、ub、%相連，負(fù)極性端連接兩個(gè)整流橋2的輸入端，繞組al、繞組bl、繞組cl、繞組a2、繞組b2、繞組c2為自耦變壓器1的輸出繞組，九個(gè)繞組極性相同。
[0016]繞組a、繞組bl和繞組c2位于同一磁芯柱上，繞組bl和繞組c2產(chǎn)生的電流方向相同，與繞組a產(chǎn)生的電流方向相反，繞組a的輸入端又分別與繞組al和繞組a2的負(fù)極性端相連，即a相電流ia分流成電流電流ial和電流ia2。
[0017]繞組b、繞組cl和繞組a2位于同一磁芯柱上，繞組cl和繞組a2產(chǎn)生的電流方向相同，與繞組b產(chǎn)生的電流方向相反，繞組b的輸入端又分別與繞組bl和繞組b2的負(fù)極性端相連，即b相電流ib分流成電流i2、電流ibl和電流ib2。
[0018]繞組c、繞組al和繞組b2位于同一磁芯柱上，繞組al和繞組b2產(chǎn)生的電流方向相同，與繞組c產(chǎn)生的電流方向相反，繞組c的輸入端又分別與繞組cl和繞組c2的負(fù)極性端相連，即C相電流i。分流成電流i3、電流id和電流ic2。
[0019]本實(shí)施方式采用星形自耦變壓器，由于變壓器結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，且自耦變壓器自身低容量的特點(diǎn)，所以可顯著減小變壓器的體積和成本。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用直流側(cè)電流注入法的12脈波整流器，其特征在于，它包括:星形聯(lián)結(jié)自耦變壓器(1)、兩組三相整流橋(2)、零序電流抑制器(3)、平衡電抗器(4)、負(fù)載(5)、單相全橋逆變電路(6)和DSP控制器(7);星形聯(lián)結(jié)自耦變壓器(1)作為移相變壓器，其輸入端接三相交流電壓，輸出端接整流橋(2)，星形聯(lián)結(jié)自耦變壓器(1)輸出兩組存在30°相位差的三相電壓，與輸入電壓分別相差±15° ;整流橋(2)米取并聯(lián)的方式，使輸出電流加倍；并聯(lián)橋式整流電路的輸出與零序電流抑制器(3)相連，由于零序電流抑制器(3)對(duì)三倍頻電流有高阻性，從而確保兩組整流橋的每個(gè)二極管導(dǎo)通120°，零序電流抑制器(3)后接平衡電抗器(4);平衡電抗器(4)吸收兩整流橋(2)輸出電壓的瞬時(shí)差，確保兩整流橋獨(dú)立并聯(lián)工作；DSP控制器(7)通過控制單相全橋逆變電路(6)中IGBT的導(dǎo)通關(guān)斷，向平衡電抗器(4)注入補(bǔ)償電流，以提高交流側(cè)電能質(zhì)量，使輸入電流波形趨于正弦；負(fù)載的一端與平衡電抗器(4)的輸出相連接，另一端與零序電流抑制器相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用直流側(cè)電流注入法的12脈波整流器，其特征在于:星形聯(lián)結(jié)自耦變壓器(1)每個(gè)芯柱上有三個(gè)繞組，一個(gè)輸入繞組和兩個(gè)輸出繞組，其中輸出繞組匝數(shù)為輸入繞組匝數(shù)的0.268倍，采用該結(jié)構(gòu)變壓器的12脈波整流器具有容量低、體積小、繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等特性。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用直流側(cè)電流注入法的12脈波整流器，其特征在于:兩組三相整流橋(2)采用二極管作為整流器件的不控式整流橋，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)難度低。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用直流側(cè)電流注入法的12脈波整流器，其特征在于:零序電流抑制器(3)對(duì)三倍頻電流具有高阻抗，可以抑制三倍頻電流形成零序電流，保證兩組三相整流橋(2)的每個(gè)二極管導(dǎo)通120°。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用直流側(cè)電流注入法的12脈波整流器，其特征在于:平衡電抗器(4)可吸收兩組三相整流橋(2)輸出電壓的瞬時(shí)差，確保兩組三相整流橋(2)能夠獨(dú)立并聯(lián)工作。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用直流側(cè)電流注入的12脈波整流器，其特征在于:通過DSP控制單相全橋逆變電路(6)中IGBT的開通關(guān)斷，向平衡電抗器(4)注入補(bǔ)償電流，使流過平衡電抗器(4)的電流為輸入電流是正弦波時(shí)所需要的電流。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用直流側(cè)電流注入法的低諧波12脈波整流器，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。它解決了傳統(tǒng)12脈波整流器輸出電流諧波多、電流諧波總畸變率高的問題，并有效降低了系統(tǒng)的體積和容量。本發(fā)明以采用星形聯(lián)結(jié)自耦變壓器的12脈波整流器為基礎(chǔ)，在平衡電抗器兩端直接并聯(lián)DSP控制的單相全橋逆變器，通過控制單相全橋逆變器的輸出電流，對(duì)兩組三相整流橋的輸出電流進(jìn)行調(diào)制，進(jìn)而達(dá)到抑制12脈波整流器輸入電流諧波的目的。本發(fā)明適用于對(duì)電流諧波要求較為嚴(yán)格的大功率整流場(chǎng)合。
【IPC分類】H02M7/217, H02M1/12
【公開號(hào)】CN105305852
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510795538
【發(fā)明人】孟凡剛, 劉鵬宇, 高蕾, 孫正鼐
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月18日