[发明专利]电力电子整流变压器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子整流变压器，属于电力电子在电力系统中的应用。

背景技术

整流变压器广泛应用于电化学电解、牵引、传动、电镀、充电、励磁、静电除尘等领域,也是许多工业生产中的关键设备。

传统的整流变压器是整流设备的电源变压器。整流设备的特点是原方输入交流，而副方通过整流原件后输出直流。工业用的整流直流电源大部分都是由交流电网通过整流变压器与整流设备而得到的。由于整流变绕组电流是非正弦的并含有很多高次谐波，为了减少对电网的谐波污染，提高功率因数，必须提高整流设备的脉波数，相应的整流变压器设计也变得复杂。如果采用普通的整流变压器，还需要投入电能质量治理装置，增加了整流变压器的使用成本。

本发明采用电力电子器件构建整流变压器，在对电能质量治理的同时，简化了设计降低了成本。随着电力电子器件水平和高频变压器材料的发展，电力电子整流变压器将会在智能电网中发挥不可或缺的作用。

发明内容

技术问题：本发明提出的电力电子整流变压器，在实现传统整流变压器和整流装置的电压变换、电压隔离、能量传递功能的基础上，通过单元化的设计简化了装置的制作和安装，更加灵活地适应配电网的需求。利用本装置可以明显提高输入侧的电能质量，减少谐波对电网的污染，并大大降低了成本。

技术方案：本发明的电力电子整流变压器用于单相或三相电路，电力电子整流变压器的功率单元由输入全控整流电路、中间逆变电路、高频变压器、不控整流电路，顺序串联组成；其中，输入全控整流电路由四个IGBT即第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT组成H桥，每个IGBT还与一个反向连接的二极管并联，H桥输出端并联第一电容、第二电容；中间逆变电路同样由四个IGBT即第五IGBT、第六IGBT、第七IGBT、第八IGBT组成H桥，每个IGBT还与一个反向连接的二极管并联，H桥输出通过谐振电容接到高频变压器的原边，高频变压器的副边连接不控整流电路；不控整流电路是四个二极管即第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管组成的H桥，H桥输出端并联一个直流母线电容。

该变压器用于三相或单相电路时，每相电路都由多个相同的功率单元串联而成，以适应不同的输入电压等级；输入侧的三相交流电以星形方式接入，输出侧由三相所有功率单元的输出端并联而成。

有益效果：

1.  装置采用模块化设计，一方面简化了整个装置的安装，另一方面也便于调整模块数目以适应输入侧的电压。

2.  省去了多脉波整流变压器，在简化设计的同时降低了成本。

3.  输入侧采用级联的全控整流器，可以减少负载侧对电网的谐波污染，提高功率因数。

附图说明

图1是单个功率单元原理图；图2是三相型电力电子整流变压器整体原理图。

具体实施方式

图2所示，三相输入侧的每相电路都由N个相同的功率单元串联而成，直流输出侧由三相所有功率单元的输出并联而成。每个功率单元主要结构包括：输入全控整流电路、中间逆变电路、高频变压器和不控整流电路。输入侧的三相交流电以星形方式接入，其中每相的N个功率单元输入端串联连接，以适应不同的输入电压等级。三相所有功率单元的输出端并联到直流输出母线电容上。图1所示，每个功率单元中，输入全控整流电路1的输出端接中间逆变电路2的输入端，中间逆变电路2的输出端接高频变压器3的原边，高频变压器3的副边接不控整流电路4的输入端，不控整流电路4输出端连接于直流母线电容。

每个功率单元的输入全控整流电路1由四个IGBT即即第一IGBT (Q1)、第二IGBT (Q2)、第三IGBT (Q3)、第四IGBT (Q4)组成H桥，每个IGBT还要与一个反向连接的二极管并联，H桥输出端并联电容第一电容C1、第二电容C2；中间逆变电路2同样由四个IGBT即第五IGBT (Q5)、第六IGBT (Q6)、第七IGBT (Q7)、第八IGBT (Q8)及反并联二极管组成H桥，H桥输出通过谐振电容C3接到高频变压器3的原边，高频变压器3的副边接不控整流电路4。不控整流电路4是由四个二极管即第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4组成H桥，其输出接于直流母线电容C4。

控制方面，采用载波移相控制输入全控整流电路1，其输出直流电压可以平稳快速地调节控制，输入功率因数可调节，同时滤波电感使输入电流波形正弦化，减小谐波电流。中间逆变电路2 采用高频方波逆变，并使用软开关技术。隔离的效果是通过高频变压器实现的，频率的提高大大减小了变压器的体积和重量。最后高频交流脉冲经不控整流电路4输出到母线电容C4，供负载使用。