基于改进型双抽头双平衡电抗器的自耦型24脉波整流器转让专利
申请号 : CN202110297009.3
文献号 : CN112821785B
文献日 : 2021-12-03
发明人 : 王景芳 , 陈安臣 , 张新月 , 姚绪梁 , 吕雨生 , 张宗庆
申请人 : 哈尔滨工程大学
摘要 :
权利要求 :
1.基于改进型双抽头双平衡电抗器的自耦型24脉波整流器,其特征在于,包括自耦型移相变压器(1)、第一组三相整流桥(2)、第二组三相整流桥(3)和双平衡电抗器脉波倍增电路;其中,双平衡电抗器脉波倍增电路包括第一五抽头平衡电抗器(4)、第二五抽头平衡电抗器(5)、第一辅助二极管Dm1和第二辅助二极管Dm2;
第一五抽头平衡电抗器(4)包括五个抽头,且五个抽头从左至右依次为抽头m1至m5;
第二五抽头平衡电抗器(5)包括五个抽头,且五个抽头从左至右依次为抽头n1至n5;
自耦型移相变压器(1)用于对电网输出的三相交流电压进行移相后,输出两组幅值相等、相位相差30°的三相交流电压,并将输出的两组三相交流电压分别送至第一组三相整流桥(2)和第二组三相整流桥(3)进行整流;
双平衡电抗器脉波倍增电路,用于生成方波环流来增加第一组三相整流桥(2)和第二组三相整流桥(3)输出的电流和电压的状态数,从而实现脉波倍增;
第一组三相整流桥(2)的正输出端与第一五抽头平衡电抗器(4)的抽头m2相连,第一组三相整流桥(2)的负输出端与第二五抽头平衡电抗器(5)的抽头n2相连;
第二组三相整流桥(3)的正输出端与第一五抽头平衡电抗器(4)的抽头m4相连,第二组三相整流桥(3)的负输出端与第二五抽头平衡电抗器(5)的抽头n4相连;
第二五抽头平衡电抗器(5)的抽头n1与第一辅助二极管Dm1阳极相连,第一辅助二极管Dm1阴极与第一五抽头平衡电抗器(4)的抽头m1相连,第二五抽头平衡电抗器(5)的抽头n5与第二辅助二极管Dm2阳极相连,第二辅助二极管Dm2阴极与第一五抽头平衡电抗器(4)的抽头m5相连;第二五抽头平衡电抗器(5)的抽头n3与负载(6)的负极相连,第一五抽头平衡电抗器(4)的抽头m3与负载(6)的正极相连。
2.根据权利要求1所述的基于改进型双抽头双平衡电抗器的自耦型24脉波整流器,其特征在于,第一组三相整流桥(2)和第二组三相整流桥(3)采用二极管实现。
3.根据权利要求1所述的基于改进型双抽头双平衡电抗器的自耦型24脉波整流器,其特征在于,第一五抽头平衡电抗器(4)和第二五抽头平衡电抗器(5)的结构相同,每个平衡电抗器中的五个抽头以位于中心的抽头为中心,呈中心对称。
4.根据权利要求3所述的基于改进型双抽头双平衡电抗器的自耦型24脉波整流器,其特征在于,当Nm1m3:Nm2m4=m:1=14.17:1、Nn1n3:Nn2n4=m:1=14.17:1时,电网输入至整流器的三相交流电流为24脉波,其电网输入至整流器的三相交流电流的THD取到最小值为
7.56%;
其中,
m为变比;
Nm1m3为第一五抽头平衡电抗器(4)上抽头m1与抽头m3之间的绕组匝数;
Nm2m4为第一五抽头平衡电抗器(4)上抽头m2与抽头m4之间的绕组匝数;
Nn1n3为第二五抽头平衡电抗器(5)上抽头n1与抽头n3之间的绕组匝数;
Nn2n4为第二五抽头平衡电抗器(5)上抽头n2与抽头n4之间的绕组匝数。
5.根据权利要求1所述的基于改进型双抽头双平衡电抗器的自耦型24脉波整流器,其特征在于,双平衡电抗器脉波倍增电路包括三种工作模态,具体为:模式一:在该模式下,由于第一五抽头平衡电抗器(4)和第二五抽头平衡电抗器(5)的绕组电压之和um1m3+un3n1、um5m3+un3n5均小于负载(6)两端电压ud,双平衡电抗器脉波倍增电路中的第一辅助二极管Dm1和第二辅助二极管Dm2均反偏,流过第一辅助二极管Dm1和第二辅助二极管Dm2的电流均为零,第一组三相整流桥(2)和第二组三相整流桥(3)共同为负载供电;
其中,
um1m3为第一五抽头平衡电抗器(4)上抽头m1与抽头m3之间的电压;
um5m3为第一五抽头平衡电抗器(4)上抽头m5与抽头m3之间的电压;
un3n1为第二五抽头平衡电抗器(5)上抽头n1与抽头n3之间的电压;
un3n5为第二五抽头平衡电抗器(5)上抽头n5与抽头n3之间的电压;
模式二:在该模式下,由于第一五抽头平衡电抗器(4)和第二五抽头平衡电抗器(5)的绕组电压之和um1m3+un3n1大于负载(6)两端电压ud,第一五抽头平衡电抗器(4)和第二五抽头平衡电抗器(5)的绕组电压之和um5m3+un3n5为负;双平衡电抗器脉波倍增电路中的第一辅助二极管Dm1截止、第二辅助二极管Dm2导通,流过第二辅助二极管Dm2的电流im2>0,流过第一辅助二极管Dm1的电流im1=0,第一组三相整流桥(2)和第二辅助二极管Dm2共同为负载供电;
模式三:在该模式下,由于第一五抽头平衡电抗器(4)和第二五抽头平衡电抗器(5)的绕组电压之和um5m3+un3n5大于负载(6)两端电压ud,第一五抽头平衡电抗器(4)和第二五抽头平衡电抗器(5)的绕组电压之和um1m3+un3n1为负;双平衡电抗器脉波倍增电路中的第一辅助二极管Dm1导通、第二辅助二极管Dm2截止,流过第一辅助二极管Dm1的电流im1>0,流过第二辅助二极管Dm2的电流im2=0,第二组三相整流桥(3)和第一辅助二极管Dm1共同为负载供电。
说明书 :
基于改进型双抽头双平衡电抗器的自耦型24脉波整流器
技术领域
背景技术
驱式风力发电、航空供电系统和变频驱动系统。尽管它能抵消输入电流中的5,7次谐波,但
输入电流中仍然含有大量谐波,不能满足IEEE‑519等谐波标准的要求。
脉波数的方法主要有两种。
压器的设计变得越来越复杂,整流器的元件数量成倍增加,这提高了整流器的复杂度和成
本。
它们的直流侧需要采用两个零序电流抑制电抗器和一个抽头平衡电抗器,所需磁性器件个
数较多,电路结构复杂。
升级为自耦型18脉波整流器,输入电流THD仍然较高,仍就不能满足IEEE‑519等谐波标准的
要求。此外,两个抽头平衡电抗器中的四个二极管串联在负载通路,产生的导通损耗严重,
不易应用于大电流工业场合。
发明内容
自耦型24脉波整流器。
抗器脉波倍增电路包括第一五抽头平衡电抗器4、第二五抽头平衡电抗器5、第一辅助二极
管Dm1和第二辅助二极管Dm2;
流桥2和第二组三相整流桥3进行整流;
二辅助二极管Dm2阳极相连,第二辅助二极管Dm2阴极与第一五抽头平衡电抗器4的抽头m5相
连;第二五抽头平衡电抗器5的抽头n3与负载6的负极相连,第一五抽头平衡电抗器4的抽头
m3与负载6的正极相连。
值为7.56%;
的第一辅助二极管Dm1和第二辅助二极管Dm2均反偏,流过第一辅助二极管Dm1和第二辅助二
极管Dm2的电流均为零,第一组三相整流桥2和第二组三相整流桥3共同为负载供电;
电抗器5的绕组电压之和um5m3+un3n5为负;双平衡电抗器脉波倍增电路中的第一辅助二极管
Dm1截止、第二辅助二极管Dm2导通,流过第二辅助二极管Dm2的电流im2>0,流过第一辅助二极
管Dm1的电流im1=0,第一组三相整流桥2和第二辅助二极管Dm2共同为负载供电;
电抗器5的绕组电压之和um1m3+un3n1为负;双平衡电抗器脉波倍增电路中的第一辅助二极管
Dm1导通、第二辅助二极管Dm2截止,流过第一辅助二极管Dm1的电流im1>0,流过第二辅助二极
管Dm2的电流im2=0,第二组三相整流桥3和第一辅助二极管Dm1共同为负载供电。
的自耦型24脉波整流器。它仅需在直流侧附加两个具有非常小电流应力(小于负载电流的
5%)的辅助二极管和特定结构的五抽头平衡电抗器,就可将现有技术的12脉波整流器升级
为24脉波整流器,该方法具有成本低、结构简单、导通损耗小和易于实现等优点。
双平衡电抗器脉波倍增电路,其实现脉波倍增的原理为:第一辅助二极管Dm1和第二辅助二
极管Dm2的交替导通在直流侧形成特定的方波环流,通过方波环流的调制来增加第一组三相
整流桥2和第二组三相整流桥3输出的电流和电压的状态数,从而实现脉波倍增;在实现增
加第一组三相整流桥2和第二组三相整流桥3输出的电流和电压的状态数的同时,使其对第
一组三相整流桥2和第二组三相整流桥3输入侧的电流状态数和输出电压脉波数得以增加,
再根据整流器交、直流侧电流关系,直流侧的电压关系,增加输入的三相交流电流ia、ib和ic
的台阶数和整流器输出电压的脉波数,使其进一步抑制整流器的输入电流谐波和整流器输
出脉动。
电抗器),简化了整流器的结构,降低了整流器的体积和成本。
耦型整流器的脉波数)。
管导通损耗,提高了整流器的能量转换效率,更适用于大电流工业场合。
附图说明
具体实施方式
本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其
他实施例,都属于本发明保护的范围。
和双平衡电抗器脉波倍增电路;其中,双平衡电抗器脉波倍增电路包括第一五抽头平衡电
抗器4、第二五抽头平衡电抗器5、第一辅助二极管Dm1和第二辅助二极管Dm2;
流桥2和第二组三相整流桥3进行整流;
二辅助二极管Dm2阳极相连,第二辅助二极管Dm2阴极与第一五抽头平衡电抗器4的抽头m5相
连;第二五抽头平衡电抗器5的抽头n3与负载6的负极相连,第一五抽头平衡电抗器4的抽头
m3与负载6的正极相连。
降低了附加的二极管导通损耗,提高了整流器的能量转换效率,更适用于大电流工业场合。
耗的双平衡电抗器脉波倍增电路,其实现脉波倍增的原理为:第一辅助二极管Dm1和第二辅
助二极管Dm2的交替导通在直流侧形成特定的方波环流,通过方波环流的调制来增加第一组
三相整流桥2和第二组三相整流桥3输出的电流和电压的状态数,然后根据交直流侧电流关
系和直流侧电压关系,实现整流器的脉波数倍增;
和输出电压脉波数得以增加,再根据整流器交、直流侧电流关系,直流侧的电压关系,增加
输入的三相交流电流ia、ib和ic的台阶数和整流器输出电压的脉波数,使其进一步抑制整流
器的输入电流谐波和整流器输出脉动。
电流的THD取到最小值为7.56%;
增电路中的第一辅助二极管Dm1和第二辅助二极管Dm2均反偏,流过第一辅助二极管Dm1和第
二辅助二极管Dm2的电流均为零,第一组三相整流桥2和第二组三相整流桥3共同为负载供
电;
抽头平衡电抗器5的绕组电压之和um5m3+un3n5为负;双平衡电抗器脉波倍增电路中的第一辅
助二极管Dm1截止、第二辅助二极管Dm2导通,流过第二辅助二极管Dm2的电流im2>0,流过第一
辅助二极管Dm1的电流im1=0,第一组三相整流桥2和第二辅助二极管Dm2共同为负载供电;
抽头平衡电抗器5的绕组电压之和um1m3+un3n1为负;双平衡电抗器脉波倍增电路中的第一辅
助二极管Dm1导通、第二辅助二极管Dm2截止,流过第一辅助二极管Dm1的电流im1>0,流过第二
辅助二极管Dm2的电流im2=0,第二组三相整流桥3和第一辅助二极管Dm1共同为负载供电。
许多修改,并且可以设计出其他的布置,只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神
和范围。应该理解的是,可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权
利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是,结合单独实施例所描述的特征可以使用在
其他所述实施例中。