[实用新型]低谐波通用型AC/DC变换器

说明书

技术领域

本实用新型属于AC/DC变换及控制技术。 

背景技术

在实际应用中，AC/DC变换器通常采用二极管整流、晶闸管整流技术，这类变换器的缺点是电源进线电流含有大量谐波，波形失真，会对电网造成谐波污染。目前改善这种状况的方法是采用多重化技术和采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)、门极换向晶闸管(IGCT)等全控型器件及脉宽调制(PWM)控制技术，对谐波进行抑制，但这些方法的拓扑结构复杂、开关器件价格昂贵、控制系统繁杂，制约了其应用范围。 

根据谐波畸变率THD的理论分析，当三相整流桥整流器件为二极管时，12脉波时，其THD值为≥8.38％；18脉波时为≥3.06％；24脉波时为≥1.49％。当三相整流桥整流器件为晶闸管时，12脉波时，其THD值为≥8.61％；18脉波时为≥3.54％。根据理论分析结果，考虑到负载变化情况，两种整流器在12脉波和18脉波的THD均不完全符合国家标准GB/T14549的要求，只有在24脉波及以上时才能完全满足国标要求。当三相整流桥采用全控型器件时，通常采用PWM脉宽调制控制方法和采用移相变压器增加整流脉波的方法，并辅以谐波消除控制方法，以获得好的谐波抑制的效果。当采取12脉波整流时，移相变压器可以消除5、7、17、19次谐波，PWM的谐波消除方法可消除11和13次谐波，其它高次谐波可通过整流桥输入端滤波电容器加以抑制或消除，故可以将谐波抑制在要求的范围内。 

对上述谐波抑制方案进行技术经济分析，采用不可控器件或半控型器件方 案时，只有在24脉波及以上时才能完全满足国标要求，其缺点是脉波数的增加，一方面要增加整流器件及控制单元，增加许多投资及增加了装置的体积，另一方面脉波数的增加使移相变压器的结构变得复杂而大大增加了成本。采用全控型器件方案时，由于全控型器件价格昂贵及控制系统复杂，特别是整流器输入端储能元件存在体积大、会引起谐波震荡，需增加阻尼控制等问题，使实际应用受到限制。 

综上所述，目前获得低谐波AC/DC变换器的途径是增加脉波数或采取复杂的控制手段或辅以其它装置来实现的，结果是付出了许多的经济代价。能否找到一种简单、经济、有效的方法来实现更为理想的低谐波AC/DC变换器？这是AC/DC变换器领域面临的一个重要课题，到目前为止还未见到创新性的研究结果。 

发明内容

本实用新型研究的对象是12脉波AC/DC变换器，这是AC/DC变换器的典型结构，其变流变压器的一次侧为Y绕组，二次侧为Y和△两个绕组，分别与Y组三相桥和△组三相桥连接，Y/△绕组的电流经变流变压器合成，在变流变压器的原边合成系统的三相交流电流。这样结构的AC/DC变换器其变流变压器绕组结构简单，出线容易，而且绕组利用率高。 

本实用新型的目的是深入研究AC/DC变换器的变换机理、拓扑结构及控制技术，在综合现有技术的基础上，研发一种低谐波的通用型AC/DC变换器。 

本实用新型低谐波通用型AC/DC变换器的特征是采用一次侧为Y形绕组[2]，二次侧分别为Y形和△形两个绕组[3]和[4]的移相变压器，移相变压器二次侧分别连接两个完全相同的晶闸管三相变流桥[5]和[6]，形成12脉波AC/DC变换器，通过多电平直流电流控制及合成单元[7]，按非对称电流的控制策略， 对两个三相变流桥分别按(1)式和(2)式的特定变换规律进行控制，使Y绕组[3]和△绕组[4]产生互不对称的，且相位也不相同的相电流波形[22]和[23]，且两绕组交流合成相电流不包含6(2k)±1(k＝1，2，…)次谐波，使移相变压器一次侧Y形绕组的相电流[21]为接近正弦波的电流波形，具有低谐波、功率因数可超前滞后连续调节、系统综合效率高、适合各种容量应用需求的特点。