[发明专利]一种变压整流器的平衡电抗器优化与24脉输出设计方法

说明书

本发明公开了一种变压整流器的平衡电抗器优化与24脉输出设计，属于电能变换技术领域。本发明采用一个由两个均压电容和两个均压电阻组成的半桥均压电路，一个辅助桥臂；平衡电抗器副边绕组连接半桥均压电路中点和辅助桥臂中点；辅助桥臂上下两个二极管交替导通，在每个周期内存在三种工作模态，调制谐波注入到负载两端；计算输入电流总谐波含量和平衡电抗器绕组匝数比之间的关系式，优化设计平衡电抗器绕组匝数比，使得负载电压由24个脉波组成，变压整流器输入电流为24个阶梯波，电路具有24脉波特性，输入电流总谐波含量理论值最小为7.73％；本发明结构简单，不需要额外控制电路，鲁棒性高，输入电流谐波含量低。

技术领域

本发明属于电能变换技术领域，特别涉及了一种变压整流器的平衡电抗器优化与24脉输出设计方法。

背景技术

航空机载设备测试标准RTCA DO-160E/F/G对三相平衡机载电气设备的电流谐波极限值进行了明确规定，三相输入电流的总谐波畸变率不应超过10％。不控型多脉波变压整流器具有结构简单，鲁棒性强的优点，目前多采用不控型多脉波变压整流器对机载电源整流系统中输入电流谐波含量和输出电压纹波含量进行抑制，以此来保证飞机电源系统电能质量，提高机载电源系统的可靠性。增加多脉波变压整流器的脉波数可以有效抑制变压整流器的输入电流谐波含量和输出电压纹波含量。传统的12脉变压整流器的输入电流谐波畸变率理论值为15.2％，需要在交流侧结合无源滤波电路才能使电流谐波畸变率满足航空标准。但是无源滤波电路体积重量较大，只能滤除特征次谐波，对非特征次谐波还具有一定的放大作用，谐波抑制效果有限。研究新型移相变压器结构可以增加变压整流器脉波数，这种方法的不足是谐波抑制水平与移相变压器的复杂度相互矛盾。移相变压器输出相数越多，谐波抑制效果越明显，但是结构越复杂，制造困难，线圈的利用率降低；移相变压器的线圈匝数设计选择困难，输出多相电压相位对称性变差，在消除特征次谐波的同时，极有可能会引进非特征次谐波污染电源系统。增加平衡电抗器的抽头数可以增加变压整流器脉波数，但是抽头二极管直接与负载相连，二极管损耗大，不利于航空航天应用。

发明内容

发明的目的是为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种变压整流器的平衡电抗器优化与24脉输出设计方法，不需要大幅增加变压整流器体积和重量，结构简单，不需要额外控制电路，可靠性高，从源头上改善整流器的非线性特征，进一步增加多脉波变压整理器的脉波数，降低输入电流谐波含量，不连接滤波装置使变压整流器工作特性直接满足航空航天标准，适合大负载工作场合。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种变压整流器的平衡电抗器优化与24脉输出设计，包括1个带副边绕组的平衡电抗器，两个均压电容(C₁、C₂)和两个均压电阻(R₁、R₂)组成的半桥均压电路，1个由两个二极管(D₁、D₂)串联组成的辅助桥臂；平衡电抗器原边绕组有一个中间抽头，平衡电抗器副边只有一个绕组；均压电容C₁与均压电容C₂串联，均压电容C₁与均压电阻R₁并联，均压电容C₂与均压电阻R₂并联；半桥均压电路的中点和辅助桥臂的中点分别连接平衡电抗器副边绕组的两个输出端；均压电容C₁的正端连接变压整流器的正输出端，均压电容C₂的负端连接变压整流器的负输出端；二极管D₁的阳极连接变压整流器的正输出端，二极管D₂的阴极连接变压整流器的负输出端。

进一步的，所述平衡电抗器的原边绕组具有一个中间抽头，平衡电抗器原边绕组总匝数N_p与副边绕组匝数N_s的比值为0.136。