一种大功率脉冲负载的直流电源及控制方法技术

本发明专利技术涉及直流电源技术领域，具体涉及一种大功率脉冲负载的直流电源及控制方法，包括输入电路、变压器电路、整流稳压电路以及输出电路；所述变压器电路包括第一12脉冲整流变压器以及第二12脉冲整流变压器；所述预充磁模块的输出端分别与第一12脉冲整流变压器的原边以及第二12脉冲整流变压器的原边连接；所述整流稳压电路包括第一功率变换模块、第二功率变换模块、第三功率变换模块以及第四功率变换模块。本发明专利技术采取两个12脉冲整流变压器，构成等效24脉波整流，输入侧电流谐波THD小，两个12脉冲整流变压器互换性好，仅需改变一次侧的联接方法，当其中1台出现故障时，仍可以提供12脉波的电源。的电源。的电源。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率脉冲负载的直流电源及控制方法


[0001]本专利技术涉及直流电源
，具体涉及一种大功率脉冲负载的直流电 源及控制方法。

技术介绍

[0002]在某些特殊应用领域，一些设备需要由大功率直流稳压电源供电，其实 时耗电呈现大功率脉冲特点，峰值功率可以达到上兆瓦。而脉冲频率可从几 赫兹到几十上百赫兹的情况。这些设备对电源的可靠性稳定性要求非常高， 另外需要电源对外部环境干扰小，需要具有高功率因数、高效率和低输入谐 波、输出电压极低波动等特点。
[0003]电源的基本原理是将电网或发电机输出的交流电压整流成直流电压，然 后经滤波以及稳压(或升降压)过程，变成稳定的直流电压，为大功率脉冲 负载系统供电。
[0004]采用三相PWM整流器的方案来实现整流稳压，输入电流谐波能得到很好 的控制抑制，另外可以实现非常高的功率因数(理论上功率因数可控制为1)。
[0005]但是对于几百kW或MW级以上的大功率直流电源，会要用到多个PWM整 流模块并联，控制较复杂，过载能力不强，而且产生额外的EMI，另外用到的 功率开关器件较多，系统可靠性相对较低。且开关损耗大，影响系统效率。 采用三相APFC整流器的方案与三相PWM整流器方案一样，具有类似的缺陷。
[0006]故在大功率整流器领域，当功率等级大于200kVA时，需要采取多相整流 技术，如采用12脉波、24脉波以降低交流输入电流中的低次谐波含量，减小 对电网的污染。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种大功率脉冲负 载的直流电源及控制方法；能够满足高功率因数、高效率和低输入谐波、输 出电压极低波动等特点外，还满足能量快充和快泄等特殊应用需求。
[0008]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种大功率脉冲负载的直流电源， 包括输入电路、变压器电路、整流稳压电路以及输出电路；
[0009]所述输入电路包括切换开关模块以及预充磁模块；所述切换开关模块的 输出端与预充磁模块的输入端连接；
[0010]所述变压器电路包括第一12脉冲整流变压器以及第二12脉冲整流变压 器；所述预充磁模块的输出端分别与第一12脉冲整流变压器的原边以及第二 12脉冲整流变压器的原边连接；
[0011]所述整流稳压电路包括第一功率变换模块、第二功率变换模块、第三功 率变换模块以及第四功率变换模块；所述第一12脉冲整流变压器的副边分别 与第一功率变换模块的输入端以及第二功率变换模块的输入端连接；所述第 二12脉冲整流变压器的副边分别与第三功率变换模块的输入端以及第四功率 变换模块的输入端连接；所述第一功率变换模块的输出端、第二功率变换模 块的输出端、第三功率变换模块的输出端以及第四功率变
换模块的输出端分 别与输出电路连接；
[0012]所述第一功率变换模块、第二功率变换模块、第三功率变换模块以及第 四功率变换模块均包括预充电组件、输入开关组件、三相不控整流桥以及 Boost升压稳压组件；所述预充电组件以及三相不控整流桥通过输入开关组件 以及Boost升压稳压组件后与输出电路连接。
[0013]本专利技术进一步设置为，所述切换开关模块包括交流接触器KM1以及交流 接触器KM2；所述交流接触器KM1以及交流接触器KM2分别与预充磁模块的输 入端连接。
[0014]本专利技术进一步设置为，所述预充磁模块包括接触器KM3、预充磁变压器以 及接触器KM4；所述预充磁变压器设于接触器KM3以及接触器KM4之间；所述 接触器KM3与切换开关模块连接；所述接触器KM4与变压器电路连接。
[0015]本专利技术进一步设置为，所述第一12脉冲整流变压器以及第二12脉冲整 流变压器均为Dy11d0接线；所述第一12脉冲整流变压器原边通过外延三角 形接线实现+7.5
°
移相；所述第二12脉冲整流变压器的原边通过外延三角形 接线实现
‑
7.5
°
移相。
[0016]本专利技术进一步设置为，所述Boost升压稳压组件包括电抗器L1、功率开 关管T1以及续流二极管D1；所述电抗器L1、功率开关管T1以及续流二极管 D1组成Boost升压稳压组件。
[0017]本专利技术进一步设置为，所述开关组件包括输出电容C5、开关K1以及电阻 r25；所述开关K1与电阻r25组成的支路与输出电容C5并联；
[0018]所述开关组件还包括快速熔断器F1以及快速熔断器F2；所述快速熔断器 F1以及快速熔断器F2分别设于电容C5的两端。
[0019]本专利技术进一步设置为，所述输出电路包括开关K5、放电电阻R1、开关K6、 放电电阻R2、储能电容C9、快速熔断器F9以及输出直流开关Q5；所述储能 电容C9的一端依次通过开关K6以及放电电阻R2后与储能电容C9的另一端 连接；所述储能电容C9的一端依次通过开关K5以及放电电阻R1后与储能电 容C9的另一端连接；所述快速熔断器F9分别与储能电容C9以及输出直流开 关Q5连接。
[0020]本专利技术进一步设置为，所述预充电组件包括设于变压器电路与三相不控 整流桥之间的断路器Q1；所述预充电组件还包括接触器KF1、电阻r1_r3、接 触器KF2以及电阻r4_r6；所述断路器Q1的一端依次通过接触器KF1与电阻 r1_r3后与断路器Q1的另一端连接；所述断路器Q1的一端依次通过接触器 KF2与电阻r4_r6后与断路器Q1的另一端连接。
[0021]本专利技术进一步设置为，所述预充电组件包括设于变压器电路与三相不控 整流桥的输入端之间的断路器Q1；所述预充电组件还包括接触器KD1、接触 器KF1、接触器KF2、电阻r5以及电阻r6；所述接触器KD1设于三相不控整 流桥的输出端；所述接触器KD1的一端依次通过接触器KF1以及电阻r5后与 接触器KD1的另一端连接；所述接触器KD1的一端依次通过接触器KF2以及 电阻r6后与接触器KD1的另一端连接。
[0022]一种大功率脉冲负载的直流电源的控制方法，包括以下步骤：
[0023]A1：将大功率脉冲负载的直流电源输出直流电压指令值udc*与大功率脉 冲负载的直流电源输出直流电压的实际反馈值udc的差值经PI调节器进行调 节；
[0024]A2：将经PI调节器进行调节后的输出经限幅器后得到各输入电感电流的 统一指令电流i_L*；
[0025]A3：将统一指令电流i_L*分别与各整流稳压电路的输入电感电流实际检 测值的差，并且经各自PI调节器进行调节；
[0026]A4：各自输出经限幅器后得到的调制波与各自的三角载波比较得到各自 功率开关管的PWM脉冲驱动信号来控制各自功率开关管通断。
[0027]本专利技术的有益效果：1.采取两个12脉冲整流变压器，构成等效24脉波 整流，输入侧电流谐波THD小，两个12脉冲整流变压器互换性好，仅需改变 一次侧的联接方法，当其中1台出现故障时，仍可以提供12脉波的电源；
[0028]2.采取多个功率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大功率脉冲负载的直流电源，其特征在于：包括输入电路(1)、变压器电路(2)、整流稳压电路(3)以及输出电路(4)；所述输入电路(1)包括切换开关模块以及预充磁模块；所述切换开关模块的输出端与预充磁模块的输入端连接；所述变压器电路(2)包括第一12脉冲整流变压器以及第二12脉冲整流变压器；所述预充磁模块的输出端分别与第一12脉冲整流变压器的原边以及第二12脉冲整流变压器的原边连接；所述整流稳压电路(3)包括第一功率变换模块、第二功率变换模块、第三功率变换模块以及第四功率变换模块；所述第一12脉冲整流变压器的副边分别与第一功率变换模块的输入端以及第二功率变换模块的输入端连接；所述第二12脉冲整流变压器的副边分别与第三功率变换模块的输入端以及第四功率变换模块的输入端连接；所述第一功率变换模块的输出端、第二功率变换模块的输出端、第三功率变换模块的输出端以及第四功率变换模块的输出端分别与输出电路(4)连接；所述第一功率变换模块、第二功率变换模块、第三功率变换模块以及第四功率变换模块均包括预充电组件、输入开关组件、三相不控整流桥以及Boost升压稳压组件；所述预充电组件以及三相不控整流桥通过输入开关组件以及Boost升压稳压组件后与输出电路(4)连接。2.根据权利要求1所述的一种大功率脉冲负载的直流电源，其特征在于：所述切换开关模块包括交流接触器KM1以及交流接触器KM2；所述交流接触器KM1以及交流接触器KM2分别与预充磁模块的输入端连接。3.根据权利要求1所述的一种大功率脉冲负载的直流电源，其特征在于：所述预充磁模块包括接触器KM3、预充磁变压器(5)以及接触器KM4；所述预充磁变压器(5)设于接触器KM3以及接触器KM4之间；所述接触器KM3与切换开关模块连接；所述接触器KM4与变压器电路(2)连接。4.根据权利要求1所述的一种大功率脉冲负载的直流电源，其特征在于：所述第一12脉冲整流变压器以及第二12脉冲整流变压器均为Dy11 d0接线；所述第一12脉冲整流变压器原边通过外延三角形接线实现+7.5
°
移相；所述第二12脉冲整流变压器的原边通过外延三角形接线实现
‑
7.5
°
移相。5.根据权利要求1所述的一种大功率脉冲负载的直流电源，其特征在于：所述Boost升压稳压组件包括电抗器L1、功率开关管T1以及续流二极管D1；所述电抗器L1、功率开关管T1以及续流二极管D1组成Boost升压稳压组件。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛建科，盛亮科，廖晓斌，刘湘，詹柏青，罗万里，李平，
申请(专利权)人：湖南福德电气有限公司株洲福德轨道交通研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：