级联多重化矩阵整流器制造技术

本发明专利技术涉及一种级联多重化矩阵整流器，总输入滤波器连接在电网与降压变压器之间，滤波得到正弦波形的输入电流，降压变压器有ｎ个次级绕组，全部绕组相位不相同，相邻绕组相位相差为６０°／ｎ，整流器阵列由ｎ个整流器单元排成１列×ｎ行的阵列，阵列中每一行与降压变压器的一个次级绕组对应连接，阵列中整流器单元的输出依次串联，形成一路直流输出，总控制器负责控制调节整个系统的工作，并通过信号电缆与各个分控制器联络，控制整流器阵列中整流器单元的工作。本发明专利技术由低压小功率的变换器串联得到幅值可调的高压直流电源，同时在电网侧得到位移为零的输入电流，具有网侧四象限运行能力、输出直流电压连续可调等优点，适用于中高压直流供电领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种级联多重化矩阵整流器，尤其涉及一种适用于三相高压直流电源供电、采用多个次级绕组的降压变压器和级联多重化的三相矩阵整流器、能够获得较高幅值且幅值可调直流电压的级联多重化矩阵整流器。属于电力电子设备

技术介绍
在中高压大功率直流供电领域，包括直流电动机传动、高压直流输电、多电平逆变用直流电源以及激光发生用直流电源等，为了获得高直流电压和较高的输入功率因数，通常采用多个次级绕组的变压器—不控整流器—电解电容组的技术方案，其中根据不同的具体方案，变压器可以采用次级绕组移相的工频变压器或高频变压器。这些技术方案的不足之处是要么输入功率因数低，要么控制复杂，不具备能量双向流动能力，而且需要寿命较短的电解电容作为储能元件，变压器次级绕组也需要移相，直流电压大小与极性不便于调节。如果采用多个次级绕组的变压器—可控整流器—电解电容组的技术方案，虽然能够获得较高的输入功率因数，能量能够双向流动，但是上述不足仍然存在。因此在高压大功率直流电源应用领域，客观上需要一种新型的技术方案出现，其需要具备以下特征(1)采用级联多重化方案，以降低整流器单元的功率容量；(2)采用多个同相次级绕组的降压变压器方案，以降低整流器单元的耐压容量和简化变压器的次级绕组设计；(3)不需电解电容储能元件，以提高整机寿命；(4)能量双向流动，功率因数为1，输出高电压的幅值与极性可调，以提高电网容量的利用率，消除对电网的谐波电流污染，增强整机的可控性；(5)成本低，寿命长，可靠性高，适合未来中高压电力电子整流器的发展方向。能够满足以上条件的中高压大功率直流电源技术方案只能为高压-低压-高压类型的级联多重化矩阵整流器。目前，尚未有相关技术公开报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，设计提供一种级联多重化矩阵整流器，具有网侧四象限运行能力、输出直流电压幅值连续可调、降压变压器结构简单、成本低廉、通用性强、可靠性高和节约能量等优点。为实现上述目的，本专利技术由总输入滤波器、具有多个三相次级绕组的降压变压器、多个整流器单元构成的整流器阵列和总控制器构成。降压变压器输入高压三相交流电压，输出多组隔离的低压三相交流电压，每组低压三相交流电压对应一个三相次级绕组，三相次级绕组的相位按照规律有所不同。整流器单元的输入为三相交流电压，输出为电压幅值和相位可调的直流电压。三相次级绕组的数量与整流器阵列中整流器单元的数量相同，所有整流器单元构成一列，阵列中整流器单元的输出依次相连，最终输出幅值和相位可调的直流电压，获得倍增的输出电压能力，列中整流器单元的数量越多，输出直流电压的幅值越高。列中相邻整流器单元对应的三相次级绕组之间的基本相位差的绝对值为60°除以总行数，位于每列中间行的整流器单元对应的三相次级绕组的相位为零，其它行的整流器单元对应的三相次级绕组的相位为基本相位差的整倍数，行数低于中间行的三相次级绕组的相位为正数，行数高于中间行的三相次级绕组的相位为负数。总输入滤波器为常规高压LC滤波器，置于电网与降压变压器之间，对输入电压和输入电流进行滤波。每个整流器单元包含一个分控制器，负责控制每个整流器单元中功率器件的开关规律，总控制器与各分控制器通过信号电缆连接，负责协调控制各个分控制器的运行状况。这样根据直流电压负载大小的需要，整流器阵列能够输出幅值可调的高压直流电压，满足直流负载的需要，同时在电网输入端获得正弦波形的输入电流波形，对电网无谐波电流污染，整流器阵列与负载之间、整流器阵列与降压变压器的三相次级绕组之间、降压变压器与电网之间均保持了四象限变换能力。本专利技术所述的总输入滤波器由常规三相高压LC滤波器构成，其中三只滤波电感分别串接在三相输入线路中，其输入端与电网相连，输出端与降压变压器输入端相连，三只滤波电容的一端分别连接到降压变压器初级绕组的输入端，其另一端相互连接，形成一个公共点。本专利技术所述的降压变压器具有1个初级绕组和n个三相次级绕组，其中三相高压初级绕组分别与总输入变压器的三相滤波电感的输出端相连，每个三相低压次级绕组分别与整流器阵列中的一个整流器单元相连。相邻低压次级绕组之间基本相位差的绝对值为60°/n。本专利技术所述的整流器阵列由n个整流器单元构成，与降压变压器的次级绕组的数量相同，其中所有整流器单元排列成一列多行结构。降压变压器次级绕组分别与整流器阵列中的行对应。阵列中整流器单元的功率输出端依次串联，形成一路直流电压输出，包括两个输出端子，一个输出端子作为正极，另一个输出端作为负极。每个整流器单元分别通过信号电缆与总控制器连接。所述整流器单元由分输入滤波器、同步变压器、功率开关阵列和分控制器构成，其中分输入滤波器由常规低压三相LC滤波器构成，三只滤波电感分别串接在降压变压器的次级绕组与功率开关阵列的输入端之间，三只滤波电容的一端相互连接形成一个公共点，另一端分别与功率开关阵列的输入端相连。所述同步变压器为降压变压器，其初级绕组与分输入滤波器的输出端和功率开关阵列的输入端相连，次级绕组与分控制器的检测电路相连。所述功率开关阵列由六只双向可控开关连接成3H桥结构，桥的两个输出端即为整流器单元的功率输出端。所述分控制器由检测电路、运算调制器、逻辑电路和隔离驱动保护电路组成，检测电路与同步变压器的三相输出端相连，检测电路的输出通过信号线与运算调制器相连，运算调制器通过信号线与逻辑电路相连，隔离驱动保护电路与运算调制器和逻辑电路相连，并与整流器单元的功率开关阵列相连。本专利技术将整流器阵列中的整流器单元输出串联，实现了直流变换器的级联多重化，获得了幅值与极性可调、电压倍增的直流电压输出，适应于中高压直流供电的需要，同时整流器单元产生的分输入电流经过降压变压器的次级绕组耦合到降压变压器的三相初级绕组，在降压变压器的三相初级绕组中合成三相脉冲电流波形，再经过总输入滤波器的滤波作用，最终得到三相正弦波形的总输入电流，在分控制器和总控制器的控制下总输入电流的相位为零，实现单位输入功率因数，从而获得了新型高压-低压-高压类型的级联多重化中高压直流变换器，而且整个系统结构都具备了能量的双向流动能力，不仅可以获得幅值可调的高压直流输出，级联多重化的级数高时输出电压能力甚至可以超过电网电压，而且可以获得单位总输入功率因数和四象限运行能力，因而具有变换效果良好、通用性强等特征，同时具有结构简单、总成本低、寿命长、效率高、实现容易等优点，还可以支持较大的功率输出，尤其适用于中高压直流电动机的调速和启动等应用场合。附图说明图1为本专利技术的电路原理图。图1中，1为总输入滤波器，2为降压变压器，3为整流器阵列，4为总控制器。图2为图1整流器阵列中整流器单元的电路原理图。图2中，5为分输入滤波器，6为同步变压器，7为功率开关阵列，8为分控制器。图3为本专利技术应用于多电平逆变器-高压交流电动机传动调速系统中的实施例电路原理图。具体实施例方式以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步描述。以下实施例是对本专利技术的进一步说明，而不构成对本专利技术的限定。以本专利技术设计的5重级联多重化矩阵整流器为例进行说明，结构如图1所示，由总输入滤波器1、降压变压器2、整流器阵列3和总控制器4构成。总输入滤波器1由三只滤波电感和三只滤波电容组成，三只滤波电感的输入端连接电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种级联多重化矩阵整流器，其特征在于包括总输入滤波器（１）、降压变压器（２）、整流器阵列（３）和总控制器（４），所述总输入滤波器（１）由三只滤波电感（Ｌ１～Ｌ３）和三只滤波电容（Ｃ１～Ｃ３）构成，三只滤波电感（Ｌ１～Ｌ３）分别串接在电网与降压变压器（２）的初级绕组之间，三只滤波电容（Ｃ１～Ｃ３）的一端相互连接，另一端分别与降压变压器（２）的初级绕组相连；所述降压变压器（２）具有ｎ个三相次级绕组，相邻绕组具有不同的相位，初始相位为０°，基本相位差的绝对值为６０°／ｎ，所述整流器阵列（３）由ｎ个整流器单元排成１列×ｎ行的阵列结构构成，降压变压器（２）的次级绕组分别与整流器阵列（３）中的行对应，每个次级绕组分别与每行中的整流器单元一一对应相连；整流器阵列（３）中，整流器单元的功率输出端依次串联，形成一路直流电压输出，每个整流器单元分别通过信号电缆与总控制器（４）连接；所述整流器单元由分输入滤波器（５）、同步变压器（６）、功率开关阵列（７）和分控制器（８）构成，所述分输入滤波器（５）由三只滤波电感（Ｌ４～Ｌ６）和三只滤波电容（Ｃ４～Ｃ６）构成，三只滤波电感（Ｌ４～Ｌ６）分别串接在降压变压器（２）的次级绕组与功率开关阵列（７）的输入端之间，三只滤波电容（Ｃ４～Ｃ６）的一端相互连接，另一端分别与功率开关阵列（７）的输入端相连；所述同步变压器（６）的初级绕组与分输入滤波器（５）的输出端和功率开关阵列（７）的输入端相连，次级绕组与分控制器（８）的检测电路相连；所述功率开关阵列（７）由六只双向可控功率开关连接成３Ｈ桥结构，其输出即为整流器单元的功率输出；所述分控制器（８）由检测电路、运算调制器、逻辑电路和隔离驱动保护电路组成，检测电路与同步变压器（６）的三相输出端相连，检测电路的输出通过信号线与运算调制器相连，运算调制器通过信号线与逻辑电路相连，隔离驱动保护电路与运算调制器和逻辑电路相连，并与功率开关阵列（７）相连；其中，ｎ≥３。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨喜军，雷淮刚，管洪飞，丁国萍，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海儒竞电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]