[发明专利]高压转低压交流变换器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种电力电子技术领域的装置，具体是一种功率因数接近于1的高压转低压交流变换器。

背景技术

传统的交交变换器通常使用交流变压器，它的输出电压是由初级线圈和次级线圈的变比确定，很难得到任意的电压值。并且由于主要采用铜和铁为主要材料，体积大且非常笨重。另外这种交流变压器带非阻性负载时电流畸变严重，功率因数很低，对电网造成污染。电力电子变压器是电力变压器的一种替代产品，正在得到关注和发展，可以连接高压或低压交流高频电网。电力电子变压器存在许多急需解决的问题。

经过对电力电子变压器现有技术的检索发现，华中科技大学.“电力电子变压器”.申请号：02139030.4，公开日：2003.03.12；以及WANG JUN等，“智能电网技术””.IEEE Trans.on Industry Electronics Magzine(工业电子杂志).2009年6月.中公开了一种主要由初、次级功率变换器以及联系二者之间的高频变压器组成的电力电子变压器。电力电子变压器的特点为：它可以实现对变压器原副边电压幅值和相位的灵活控制，从而满足未来电力系统很多新的要求，属于智能电网的重要组成部分。电力电子变压器采用电力电子变流技术和高频变压器，具有提高供电可靠性、改善电能质量并且体积小、重量轻、环保效果好等一系列优点。

但是经过细致分析，上述文献所涉及的技术上存在一些不足，如电路结构庞杂，控制难度高，难以实施，网侧功率因数控制复杂，除了技术之外的各项指标如效率、可靠性、成本、体积等方面的指标均难以提升。

基于文献检索和查新结果，目前为止，电力电子变压器的发展仍然处于起始阶段，电路拓扑和控制算法仍然处于已有基本变换器拓扑组合和控制算法沿用阶段，表现为拓扑复杂和控制繁琐，功能缺陷，具有成本高、体积大和可靠性低等不足。为此需要提出新的电路拓扑和控制算法，使电力电子变压器具有控制简单和单位输入功率因数等优点。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种高压转低压交流变换器，体积小、重量轻、效率高、成本低廉、设计简单、可靠性高且能单位功率因数运行的交交变换电路。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：依次串联的交流斩波电路、高频变压器电路、整流滤波电路、波形变换电路和工频逆变电路，其特征在于：交流斩波电路将输入高压工频交流电压转换成高频脉冲高压交流电压并输出至高频变压器电路，高频变压器电路将高频脉冲高压交流电压转换为高频脉冲低压交流电压并输出至整流滤波电路，整流滤波电路将高频脉冲低压交流电压转换为全波直流电压并输出至波形变换电路，波形变换电路将全波直流电压升压并加入输入电流跟踪后输出至工频逆变电路，工频逆变电路将直流电压逆变成工频交流正弦波电压或交流方波电压并输出。

所述的交流斩波电路包括：第一滤波电路和与之相连的用于交流斩波的单相矩阵变换器，其中：单相矩阵变换器包括四个桥接的单相变换单元，每个单相变换单元由两个逆向串联的绝缘栅双极型晶体管和与之对应并联的功率二极管组成；第一和第二单相变换单元的输出端为交流斩波电路的输出端，第一滤波电路包括与交流斩波电路输入端相串联的第一电感和与交流斩波电路输入端相并联的第一电容。

所述的高频变压器电路具体为高频变压器，该高频变压器的初级绕组与交流斩波电路的输出端相连，次级绕组与整流滤波电路输入端相连。

所述的整流滤波电路包括：两个整流二极管和两个电解电容，其中：第九整流二极管和第一电解电容正相串联后并联于高频变压器电路的输出端，第十整流二极管和第二电解电容反向相串联后并联于高频变压器电路的输出端，第一电解电容的正极和第二电解电容负极构成整流滤波的输出端。

所述的波形变换电路包括：一个逆导型开关、一个电感、一个功率二极管和第三电解电容，其中：第二电感与第十一功率二极管相串联，第二电解电容并联于波形变换电路的输出端，逆导型开关S9的两端与第三电解电容的负极相连。

所述的工频逆变电路包括：四个桥接的变换单元和并联于工频逆变电路输出端的电阻和电容，每个变换单元为绝缘栅双极型晶体管和反并联的功率二极管组成的逆导型开关，四个变换单元形成两个桥臂，桥臂中点构成工频逆变电路的输出端。

本发明根据高频交流斩波、高频变压器以及波形变换的工作原理以及采用高压大功率SiCIGBT来提高电力电子变压器的电压等级等，设计制作了一种支持单位功率因数的高压大功率新型交交变换电路，因而具有设计构思新颖、通用性强等特征，同时具有结构简单、体积小、重量轻、效率高、实现容易等优点，还支持较宽范围功率输出，适用于各种交流电压应用场合。