一種單相電力電子變壓器及其應(yīng)用系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種單相電力電子變壓器及其應(yīng)用系統(tǒng)，屬于電力電子電能變換技術(shù)領(lǐng)域，特別是實現(xiàn)交流到交流的隔離調(diào)壓變換、交流到直流的隔離調(diào)壓變換、直流到交流隔離調(diào)壓調(diào)頻變換，尤其適用于電力變壓器、整流器和逆變器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)電力變壓器以其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高、可靠性好等優(yōu)勢，仍然是目前實現(xiàn)電能變換的主要措施。然而，隨著電網(wǎng)中諧波電流、無功電流和不平衡電流等問題的不斷惡化，傳統(tǒng)電力變壓器的運行損耗突出，變壓器故障率明顯提升。另外，傳統(tǒng)電力變壓器因其體積大、功能單一，無法滿足未來大量分布式能源的接入和電動汽車充電的更高要求。
[0003]隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，上世紀(jì)70年代，實現(xiàn)電能變換的另一種方式一一電力電子變壓器(PET)或者固態(tài)變壓器(SST)的概念被提出來。經(jīng)歷了 40多年的發(fā)展，電力電子變壓器的研宄不斷深入，現(xiàn)階段電力電子變壓器的拓?fù)浞譃閱渭壗Y(jié)構(gòu)、兩級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)，級聯(lián)的級數(shù)越多，功能越豐富。但現(xiàn)有電力電子變壓器存在著可靠性低、效率低、控制復(fù)雜和成本高等問題，而且現(xiàn)有方案實現(xiàn)高壓應(yīng)用也非常復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于解決以上問題并提供一種高效率的單相電力電子變壓器及其應(yīng)用系統(tǒng)。該單相電力電子變壓器及其應(yīng)用系統(tǒng)主要基于高效率的高頻隔離DC/DC變換器實現(xiàn)，滿足交流到交流的隔離調(diào)壓變換、交流到直流的隔離調(diào)壓變換、直流到交流隔離調(diào)壓調(diào)頻變換。
[0005]本實用新型采用如下技術(shù)方案。
[0006]一種單相電力電子變壓器，包括2個相同的高頻隔離DC/DC模塊，其特征在于，2個高頻隔離DC/DC模塊的原邊一對同極性的直流端子連接在一起形成原邊中心端子，其另一對同極性的直流端子作為單相電力電子變壓器的原邊交流端子；2個高頻隔離DC/DC模塊的副邊一對同極性的直流端子連接在一起形成副邊中心端子，其另一對同極性的直流端子作為單相電力電子變壓器的副邊交流端子。
[0007]如上所述的單相電力電子變壓器，其特征在于，所述的高頻隔離DC/DC模塊包括M個相同的高頻隔離DC/DC子模塊，且每個高頻隔離DC/DC子模塊的原邊直流側(cè)和副邊直流側(cè)均并聯(lián)有二極管；M個高頻隔離DC/DC子模塊的連接方式為原邊直流側(cè)并聯(lián)副邊直流側(cè)串聯(lián)或者原邊直流側(cè)串聯(lián)副邊直流側(cè)并聯(lián)；高頻隔離DC/DC子模塊由N個高頻隔離DC/DC變換器并聯(lián)構(gòu)成，即N個高頻隔離DC/DC變換器的原邊直流側(cè)并聯(lián)，同時其副邊直流側(cè)并聯(lián)。
[0008]如上所述的的單相電力電子變壓器，其特征在于，所述的高頻隔離DC/DC變換器包括半橋電路、高頻變壓器、高頻電感和電容；高頻變壓器m個原邊繞組和η個副邊繞組繞制在一個磁芯上，并共用一個磁路；高頻變壓器每個原邊繞組一端經(jīng)高頻電感Lsp與其對應(yīng)半橋電路中點連接，原邊繞組的電容Chp和Cuj串聯(lián)后并聯(lián)在對應(yīng)的原邊半橋電路直流母線上，其串聯(lián)中點與該原邊繞組另一端連接；高頻變壓器的每個副邊繞組一端經(jīng)高頻電感Lss與其對應(yīng)的半橋電路中點連接，副邊繞組的電容Chs和C &串聯(lián)后并聯(lián)在對應(yīng)的副邊半橋電路直流母線上，其串聯(lián)中點與該副邊繞組另一端連接；高頻變壓器原邊m個半橋電路直流母線按照正負(fù)極依次串聯(lián)，高頻變壓器副邊η個半橋電路直流母線按照正負(fù)極依次串聯(lián)。
[0009]如上所述的單相電力電子變壓器，其特征在于，還包括2個單相交流濾波器和單相變流器；單相電力電子變壓器的原邊交流端子和副邊交流端子分別與原邊和副邊的單相交流濾波器的相連；同時單相變流器的交流端子與單相電力電子變壓器的副邊交流端子相連。
[0010]如上所述的單相電力電子變壓器，其特征在于，單相電力電子變壓器的副邊交流端子連接在一起，與副邊中心端子一起構(gòu)成單相電力電子變壓器的副邊直流側(cè)端子。
[0011]如上所述所述的單相電力電子變壓器，其特征在于，還包括單相交流濾波器和直流濾波器；單相交流濾波器與單相電力電子變壓器的原邊交流端子相連；直流濾波器與單相電力電子變壓器的副邊直流端子相連。
[0012]一種三相AC/AC型電力電子變壓器應(yīng)用系統(tǒng)，包括三相交流濾波器和Λ /Y連接選擇器，其特征在于，還包括如上所述的單相電力電子變壓器；3個單相電力電子變壓器的原邊交流端子經(jīng)串聯(lián)的原邊Λ /Y連接選擇器與原邊三相交濾波器相連；3個單相電力電子變壓器的副邊交流端子經(jīng)串聯(lián)的副邊Λ /Y連接選擇器與副邊三相交濾波器的相連。
[0013]如上所述的三相AC/AC型電力電子變壓器應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于，還包括三相變流器；三相變流器并聯(lián)在三相交濾波器與Λ /Y連接選擇器連接線上。
[0014]—種三相AC/DC型電力電子變壓器應(yīng)用系統(tǒng)，包括三相交流濾波器和Λ /Y連接選擇器，其特征在于，還包括如上所述的單相電力電子變壓器；3個單相電力電子變壓器的原邊交流端子經(jīng)串聯(lián)的Λ /Y連接選擇器與三相交流濾波器相連；3個單相電力電子變壓器的副邊直流端子一對一直接并聯(lián)；副邊直流端子與直流濾波器相連。
[0015]本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，基于模塊化設(shè)計，使用和維護(hù)方便，效率高，成本低，可靠性好，可方便擴(kuò)展到高壓應(yīng)用場合。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型所示的一種單相電力電子變壓器。
[0017]圖2是本實用新型所示的一種高頻隔離DC/DC模塊。
[0018]圖3是本實用新型所示的一種高頻隔離DC/DC子模塊。
[0019]圖4是本實用新型所示的一種高頻隔離DC/DC變換器。
[0020]圖5是本實用新型所示的一種帶濾波器的單相電力電子變壓器。
[0021]圖6是本實用新型所示的一種AC/DC單相電力電子變壓器。
[0022]圖7是本實用新型所示的一種帶濾波器的AC/DC單相電力電子變壓器。
[0023]圖8是本實用新型所示的一種帶濾波器的AC/AC三相電力電子變壓器應(yīng)用系統(tǒng)。
[0024]圖9是本實用新型所示的一種帶濾波器的AC/DC三相電力電子變壓器應(yīng)用系統(tǒng)。
[0025]圖10是本實用新型所示的Λ /Y連接選擇器的Λ型連接結(jié)構(gòu)。
[0026]圖11是本實用新型所示的Λ /Y連接選擇器的Y型連接結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0027]以下通過【具體實施方式】，結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0028]圖1所示的一種單相電力電子變壓器，包括2個相同的高頻隔離DC/DC模塊N0.1和N0.2，2個高頻隔離DC/DC模塊的一對原邊正極性的直流端子連接在一起形成原邊中心端子Op，其另一對原邊負(fù)極性的直流端子作為單相電力電子變壓器的原邊交流端子\和Np；2個高頻隔離DC/DC模塊的副邊一對負(fù)極性的直流端子連接在一起形成副邊中心端子Os,其另一對正極性的直流端子作為單相電力電子變壓器的副邊交流端子4和N so
[0029]圖2所示的一種高頻隔離DC/DC模塊，包括M個相同的高頻隔離DC/DC子模塊，M個高頻隔離DC/DC子模塊的原邊直流側(cè)串聯(lián)，即原邊直流側(cè)k的負(fù)極與原邊直流側(cè)k+Ι的正極連接在一起，k從I變到M — 1，原邊直流側(cè)I的正極和原邊直流側(cè)M的負(fù)極構(gòu)成高頻隔離DC/DC模塊的原邊直流端子；M個高頻隔離DC/DC子模塊的副邊直流側(cè)并聯(lián)，即M個相同的高頻隔離DC/DC子模塊副邊直流側(cè)的正極連接在一起，且M個相同的高頻隔離DC/DC子模塊副邊直流側(cè)的負(fù)極極連接在一起，并構(gòu)成高頻隔離DC/DC模塊的副邊直流端子。
[0030]圖3所示的一種高頻隔離DC/DC子模塊，包括N個并聯(lián)的高頻隔離DC/DC變換器和2個二極管，即N個高頻隔離DC/DC變換器的原邊直流側(cè)并聯(lián)構(gòu)成高頻隔離DC/DC子模塊的原邊直流端子，同時副邊直流側(cè)也并聯(lián)構(gòu)成高頻隔離DC/DC子模塊的副邊直流端子；高頻隔離DC/DC子模塊的原邊和副邊的直流端子各并聯(lián)一個二極管，二極管的陽極與其負(fù)極性直流端子連接，二極管的陰極與其正極性直流端子連接。
[0031]圖4所示的一種高頻隔離DC/DC變換器，包括半橋電路、高頻變壓器、高頻電感和電容；高頻變