一种基于混合开关的双可控整流桥的多相电流型PWM整流器制造技术

本发明专利技术公开的基于混合开关的双可控整流桥的多相电流型PWM整流器，由五个模块组成，其中模块1由LC滤波器组成，模块2和模块4分别为晶闸管整流桥，模块3为两个独立控制的逆导型全控电子开关，模块5为带续流二极管的LC滤波器。该结构整流器的主要特点是采用两组晶闸管整流桥，将提供给晶闸管足够长的时间来由导通恢复到正向阻断状态；可以降低整流桥对晶闸管关断速度的要求。达到降低整流桥中桥臂的晶闸管的关断时间对整流器电路的工作频率限制，抑制网侧谐波的同时减小整流设备的开关器件的成本，并且不增加滤波器件的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多相电流型PWM整流器，尤其是基于混合开关的双可控整流桥的多相电流型PWM整流器，属于电力电子功率变换

技术介绍
目前对电网侧的谐波含量有限制的中大功率三相PWM整流器大多采用三相PWM电压型整流器或三相PWM电流型整流器。三相PWM电压型整流器为升压型电路，在要求供电电压低于电网线电压峰值的负载要求下，需要串联第二级直流变换电路来降压，这不仅增加了整体系统的体积和成本，而且降低了电路的效率。三相PWM电流型整流器为降压型整流器，直流侧输出电压低于电网线电压峰值；但是整流桥内需要IGBT和快恢复二极管串联使用，因为IGBT的反向阻断能力差，需要二极管来承受反压，所以导通回路增加了两个二极管的导通损耗，降低电路的效率；另外每个下桥臂的IGBT需要一路辅助电源来驱动，加上上桥臂的IGBT的驱动电源，一共需要4路驱动电源；此外大功率的IGBT价格比相同电流电压耐量的晶闸管要高。后来发展出使用晶闸管整流桥来代替IGBT整流桥的三相混合开关的PWM电流型整流器(申请(专利)号：200720109908.1)，再使用一个IGBT与晶闸管整流桥串联，来直接断开整流桥中晶闸管的导通电流，这样提供给晶闸管整流桥脉宽调制的能力；另外使用晶闸管可省掉快恢复二极管，提高了电路的效率；此外晶闸管可用脉冲变压器来驱动，所以只需一路辅助电源来驱动，再加上IGBT驱动电源，共只需2路驱动电源，从而简化了电路的驱动电路。然而，使用混合开关虽能降低电路的开关器件的成本，但晶闸管较长的关断时间限制了电路的工作频率。因此，为了抑制网侧电流谐波以及减小直流侧电流的纹波，需要加大滤波器中电感和电容的体积和成本，故这种电路的整体优势并不明显。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术的目的是提供一种基于混合开关的双可控整流桥的多相电流型PWM整流器，以达到降低整流桥中桥臂的晶闸管的关断时间对整流器电路的工作频率限制，抑制网侧谐波的同时减小整流设备的开关器件的成本，并且不增加滤波器件的成本。而且能实现网侧功率因数接近1，输出电压可调。本专利技术的基本思路是，利用双晶闸管桥的轮换工作，使需要换相的晶闸管至少有半个开关周期以上的关断时间，从而极大提升晶闸管电路的开关工作频率。本专利技术的基于混合开关的双可控整流桥的多相电流型PWM整流器，相数M≥2，由五个模块组成，其中模块1由M组LC滤波器组成，模块2和模块4分别为晶闸管M相整流桥，模块3为两个独立控制的逆导型全控电子开关，模块5为带续流二极管的LC滤波器；模块1的输入端分别连接到电网的M相各相进线，模块1的输出端分别连接到模-->块2和模块4的各相桥臂中点，模块1的M个滤波电容末端连接成中点O；模块2正输出端与模块4正输出端之间连接模块3的第一逆导型全控电子开关、模块2负输出端与模块4负输出端之间连接模块3的第二逆导型全控电子开关，连接模块2正输出端的第一逆导型全控电子开关和连接模块2负输出端的第二逆导型全控电子开关的极性相反；模块5正输入端接模块4正输出端，模块5负输入端接模块4负输出端，模块1的输入端和模块5的输出端分别为本专利技术整流器的输入端和输出端。本专利技术中，组成模块1的M组LC滤波器可以是二阶LC滤波器，或是n级串联的2n阶LC滤波器，n≥2。本专利技术中，模块5带续流二极管的LC滤波器可以为二阶LC滤波器，或是k级串联的2k阶LC滤波器，k≥2。上述的第一逆导型全控电子开关和第二逆导型全控电子开关可以采用含有反向并联二极管的IGBT或IGCT或IECT。本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点：1、提高混合开关电路分配给晶闸管由导通恢复到正向阻断状态的时间，从而降低了对晶闸管关断速度的要求，普通晶闸管也可应用到这个整流电路拓扑中。本专利技术的基于混合开关的双可控整流桥的多相电流型PWM整流器中如使用快速晶闸管，其工作频率可从常规混合开关电路的2kHz左右，提升到8kHz左右，甚至更高。而且在提高工作频率的情况下仍能实现网侧功率因数接近1，输出电压可调。2、基于混合开关的双整流桥电路与全可控PWM电流型整流器相比，也可工作在足够高的频率下，即相同的滤波元器件条件下，不仅降低开关管的成本，而且降低了导通损耗，提高电路的效率；此外驱动电路也得到简化。附图说明图1是基于混合开关的双可控整流桥的多相电流型PWM整流器的电路原理图。图2是组成模块1的M组n级串联的2n阶LC滤波器原理图，n≥2。图3是组成模块5的k级串联的2k阶LC滤波器原理图，k≥2。图4是全控型电子开关的极性定义。图5是基于混合开关的双可控整流桥的三相电流型PWM整流器的电路原理图。图6是三相电流型PWM整流器的空间电流矢量图。图7基于混合开关的双可控整流桥的三相电流型PWM整流器的矢量周期内长矢量、短矢量和零矢量的序列图；图8基于混合开关的双可控整流桥的三相电流型PWM整流器的电网工频周期内长矢量和短矢量对应开通的开关管图。图9基于混合开关的双可控整流桥的三相电流型PWM整流器的脉宽调制模式波形图。图10基于混合开关的双可控整流桥的三相电流型PWM整流器的动作模式一的波形图。图11基于混合开关的双可控整流桥的三相电流型PWM整流器的动作模式二的波-->形图。图12基于混合开关的双可控整流桥的三相电流型PWM整流器的动作模式三的波形图。图13基于混合开关的双可控整流桥的三相电流型PWM整流器的动作模式一的等效电路图：(a)扇区I区间[0，π/6)矢量周期中短矢量作用时的简化等效电路图；(b)扇区I区间[0，π/6)矢量周期中长矢量作用时的简化等效电路图；(c)扇区I区间[0，π/6)矢量周期中零矢量作用时的简化等效电路图。图14基于混合开关的双可控整流桥的三相电流型PWM整流器的动作模式二的等效电路图：(a)扇区I区间[π/6，π/3)第一个矢量周期中短矢量作用时的简化等效电路图；(b)扇区I区间[π/6，π/3)第一个矢量周期中长矢量作用时的简化等效电路图；(c)扇区I区间[π/6，π/3)第一个矢量周期中零矢量作用时的简化等效电路图。图15基于混合开关的双可控整流桥的三相电流型PWM整流器的动作模式三的等效电路图：(a)扇区II第一个矢量周期中短矢量作用时的简化等效电路图；(b)扇区II第一个矢量周期中长矢量作用时的简化等效电路图；(c)扇区II第一个矢量周期中零矢量作用时的简化等效电路图。图16是基于混合开关的双可控整流桥的三相电流型PWM整流器的控制系统的原理框图。图17是基于混合开关的双可控整流桥的三相电流型PWM整流器的A相电压、电容相电压和相电流仿真波形图。具体实施方式参见图1，本专利技术的基于混合开关的双可控整流桥的多相电流型PWM整流器，由五个模块组成，其中模块1由M组LC滤波器组成，模块2和模块4分别为晶闸管M相整流桥，模块3为两个独立控制的逆导型全控电子开关T1、T2，模块5为带续流二极管的LC滤波器；模块1的输入端md1_in1、md1_in2、…、md1_inM分别连接到电网的M相各相进线，模块1的输出端md1_out1、md1_out2、…、md1_out_M分别连接到模块2和模块4的各相桥臂中点md2_in1、md2_in2、…、md2_inM和md4_in1、md4_in2、…、md本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于混合开关的双可控整流桥的多相电流型PWM整流器，相数M≥2，其特征在于：该整流器由五个模块组成，其中模块1由M组LC滤波器组成，模块2和模块4分别为晶闸管M相整流桥，模块3为两个独立控制的逆导型全控电子开关(T1)、(T2)，模块5为带续流二极管的LC滤波器；模块1的输入端(md1_in1、md1_in2、…、md1_inM)分别连接到电网的M相各相进线，模块1的输出端(md1_out1、md1_out 2、…、md1_out_M)分别连接到模块2和模块4的各相桥臂中点(md2_in1、md2_in2、…、md2_inM和md4_in1、md4_in2、…、md4_inM)，模块1的M个滤波电容末端连接成中点O；模块2正输出端(P1)与模块4正输出端(P2)之间连接模块3的第一逆导型全控电子开关(T1)、模块2负输出端(N1)与模块4负输出端(N2)之间连接模块3的第二逆导型全控电子开关(T2)，连接模块2正输出端(P1)的第一逆导型全控电子开关(T1)和连接模块2负输出端(N1)的第二逆导型全控电子开关(T2)的极性相反；模块5正输入端(P’)接模块4正输出端(P2)，模块5负输入端(N’)接模块4负输出端(N2)，模块1的输入端和模块5的输出端分别为本专利技术整流器的输入端和输出端。...

【技术特征摘要】
1.基于混合开关的双可控整流桥的多相电流型PWM整流器，相数M≥2，其特征在于：该整流器由五个模块组成，其中模块1由M组LC滤波器组成，模块2和模块4分别为晶闸管M相整流桥，模块3为两个独立控制的逆导型全控电子开关(T1)、(T2)，模块5为带续流二极管的LC滤波器；模块1的输入端(md1_in1、md1_in2、…、md1_inM)分别连接到电网的M相各相进线，模块1的输出端(md1_out1、md1_out 2、…、md1_out_M)分别连接到模块2和模块4的各相桥臂中点(md2_in1、md2_in2、…、md2_inM和md4_in1、md4_in2、…、md4_inM)，模块1的M个滤波电容末端连接成中点O；模块2正输出端(P1)与模块4正输出端(P2)之间连接模块3的第一逆导型全控电子开关(T1)、模块2负输出端(N1)与模块4负输出端(N2)之间连接模块3的第二逆...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜礼节，吕征宇，汪槱生，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33