单相逆变合成三相高功率因数变换电源制造技术

本发明专利技术涉及一种单相逆变合成三相高功率因数变换电源，有两种形式：采用三个单相线电压分别输入，二极管整流，ＢＵＣＫ变换器降压控制同时进行功率因数校正，单相逆变器高频逆变，高频变压器隔离，变压器二次侧三相合成，大功率串联谐振逆变电源；和采用三个单相线电压分别输入，二极管整流，ＢＵＣＫ变换器降压控制同时进行功率因数校正，单相逆变器高频逆变，高频变压器隔离，变压器二次侧高频整流滤波，三相并联合成大功率开关电源。本发明专利技术利用单相降压型功率因数校正原理和变压器功率合成原理，使变换电源相对于电网来说是三相电阻性负载，无谐波，功率因数达到１，将逆变部分的功率调节功能放在降压型功率因数校正部分实现，简化了逆变器控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三相电源，具体地说是一种单相逆变合成三相高功率因数 变换电源。
技术介绍
三相电源最理想的负载是三相星形或三角形接法交流电阻性负载，这种负 载无谐波，而且功率因数为l。随着半导体技术的不断发展，很多电源采用电源 变换技术。直流电源采用交流一直流变换技术，或交流一直流一交流一直流变换技术；变频电源和各种逆变电源采用交流一直流一交流变换技术。目前各种 变换电源从电网输入第一步就是交流一直流变换即整流，整流包括了二极管整 流和晶闸管整流，这种整流产生很大的谐波电流，功率因数降低，尤其是晶闸 管整流。目前单相整流加功率因数校正(PFC)技术日趋成熟，但只能升压。三相 整流加功率因数校正(PFC)目前主要有以下几种方式1、 六开关三相PFC是由6只功率开关器件组成的三相PWM整流电路，该 电路的不足之处是使用开关数目较多，控制复杂，成本高，而且每个桥臂上两 只串联开关管存在直通短路的危险，对功率驱动控制的可靠性要求高。2、 单相PFC组合的三相PFC由三个单相的PFC电路组合构成三相PFC电 路，每个单相PFC后跟随一个隔离型DC/DC变换器。这种PFC电路直流输出 电压高于交流输入电压峰值，是升压型，无法实现输出功率调节。3、 三相单开关PFC电路可以看成是单相电流断续(DCM) PFC在三相电路 中的延伸。但在开关关断时，加在输入各电感上的电压由输出电压与此时的相 电压瞬时值决定，因而此时电感上的电流平均值与输入电压瞬时值不再满足线 性关系，电流也就产生了畸变，失真系数THD比较大。4、 三相双开关PFC电路，可以通过增加1只开关管来对三相电流进行控制。 用2只串联的开关管代替单管，并在输入端用3个Y型接法的电容来构造浮动 中点，这个中点与两只串联开关管的中点相联。这样工作的好处是在电感放 电起始的一段时间里输出电压全部参与电感放电，在较小的输出电压下就可以 获得比较小的THD。电路的不足之处是电路工作在DCM下，THD仍比较大。其它还有三相三开关和三相四开关PFC电路。以上PFC电路直流输出电压高于交流输入电压峰值，是升压型，无法实现 输出功率调节。这使PFC的应用范围受到了限制。如果将三相输入的变换电源先进行单相独立降压型功率因数校正，同时进 行功率调节，通过高频逆变、变压器隔离后三相合成，对输入电源来说相当于 三相电阻性负载，功率因数为l，无谐波，对变换电源来说输出电压可调，通过 变压器合成输出功率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种单相降压型功率因数校正，高频逆变，变压器 三相合成高功率因数变换电源。按照本专利技术所提供的设计方案，包括三组单相变换电路和输出电路，所述三组单相变换电路是指AB相变换电路、BC相变换电路及CA相变换电路，其特征在于每组单相变换电路包括依次连接的单相降压型功率因数校正电路、单相高频逆变电路和高频变压器；所述单相降压型功率因数校正电路的输入端 分别和对应的单相线电压连接；所述三组单相高频逆变电路的输出端分别经各 自的隔直电容连接到各自的高频变压器的一次侧；所述3个变压器的一次侧并 联连接，使三个单相电路相互隔离；工作时，AB相、BC相及CA相线电压分 别通过各自的单相变换电路变换成高频电源，再经各自的隔直电容连接到对应 的高频变压器的一次侧。所述输出电路可由三组变压器的二次侧串联后的两端和负载电阻、负载电 感及补偿电容相连，组成串联谐振电路。所述输出电路可由三个变压器在二次侧分别连接全波整流滤波电路，再并 联输出直流电压，组成大功率开关电源电路。所述全波整流滤波电路包括单相全波整流电路和单相输出滤波电路；所述 单相全波整流电路包括二次侧带中心抽头的高频变压器、两个高频整流二极管， 单相全波整流电路将高频交流电压变换成直流电压；所述单相输出滤波电路包 括滤波电感、滤波电容；所述单相逆变合成三相高功率因数变换电源的输出电 压(Uo)由三个直流电压并联合成。所述单相全波整流电路是指AB相单相全波整流电路、BC相单相全波整流 电路、CA相单相全波整流电路；所述单相输出滤波电路是指AB相输出滤波电 路、BC相输出滤波电路、CA相输出滤波电路。所述降压型功率因数校正电路包括依次连接的输入滤波电感、二极管单相 整流桥、第一滤波电容、BUCK变换器和第二滤波电容，其中输入滤波电感的 一端连接对应的输入电压，另一端连接二极管单相整流桥的输入端；当BUCK 变换器中的IGBT开关管导通时，对应相的线电流通过输入滤波电感、二极管单 相整流桥、IGBT开关管、滤波电感，向对应第二滤波电容(C2a、 C2b、 C2c) 充电；当IGBT开关管关断时，对应相的线电流通过输入滤波电感、二极管单相 整流桥，向对应第一滤波电容(Cla、 Clb、 Clc)充电；所述线电流保持连续且 为正弦波；控制IGBT开关管的导通时间，使降压型功率因数校正电路输出的直 流电压能够从零开始调节;所述单相降压型功率因数校正电路是指AB相降压型 功率因数校正电路、BC相降压型功率因数校正电路、CA相降压型功率因数校 正电路。所述高频逆变电路包括四个IGBT开关管构成逆变器，经对应隔直电容连接 到对应高频变压器的一次侧；第一桥臂上开关管为第一IGBT开关管，第一桥臂 下开关管第二IGBT开关管，第二桥臂上开关管为第三IGBT开关管，第二桥臂 下开关管为第四IGBT开关管，当第一 IGBT开关管与第四IGBT开关管导通时， 逆变器输出电压为正，当第二IGBT开关管与第三IGBT开关管导通时，逆变器输出电压为负，将降压型功率因数校正电路输出的直流电压变换成高频交流电压；所述单相高频逆变电路是指AB相高频逆变电路、BC相高频逆变电路、CA 相高频逆变电路。本专利技术利用单相降压型功率因数校正原理和变压器功率合成原理，使得变 换电源相对于电网来说是三相电阻性负载，无谐波，功率因数达到l。而对于变 换电源来说，将传统的三相整流、逆变功率调节、变压器功率合成，改为单相 整流、降压型功率因数校正同时进行功率调节、逆变、变压器功率合成，将原 来逆变部分的功率调节功能放在降压型功率因数校正部分实现，简化了逆变器 控制。 附图说明图1为本专利技术的结构图。图2(a)为变压器二次侧连接串联谐振负载组成大功率串联谐振逆变电源的 结构图。图2(b)为变压器二次侧连接全波整流电路组成大功率开关电源的结构图。 图3为本专利技术的电路图。图4为变压器二次侧连接串联谐振负载的电路图。 图5为变压器二次侧连接全波整流电路的电路图。图6(a)为三相输入线电压(Uab、 Ubc、 Uca)、电流(iab、 ibc、 ica)、单相整流输出 平均电压Kp Ubl、 Uel)、瞬时电压(U^、 Uc;lb、 Uc。和降压型功率因数校正电路输 出电压(Ua2、 Ub2、 Uc2)波形。图6(b)为二极管VDla、 VDlb、 VDlc上的平均电压波形。图6(C)为逆变器输出电压(Uam、 Ublcl、 Ud^)波形。具体实施例方式按照本专利技术提供的方案，有两种变换电源1、 采用三个单相线电压分别输入，二极管整流，BUCK变换器降压控制同时进行功率因数校正，单相逆变器高频逆变，高频变压器隔离，变压器二次侧三相合成，大功率串联谐振逆变电源，如图2(a)。2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相逆变合成三相高功率因数变换电源，包括三组单相变换电路和输出电路，所述三组单相变换电路是指ＡＢ相变换电路、ＢＣ相变换电路及ＣＡ相变换电路，其特征在于：每组单相变换电路包括依次连接的单相降压型功率因数校正电路、单相高频逆变电路和高频变压器；所述单相降压型功率因数校正电路的输入端分别和对应的单相线电压连接；所述三组单相高频逆变电路的输出端分别经各自的隔直电容连接到各自的高频变压器的一次侧；所述３个变压器的一次侧并联连接，使三个单相电路相互隔离；工作时，ＡＢ相、ＢＣ相及ＣＡ相线电压分别通过各自的单相变换电路变换成高频电源，再经各自的隔直电容连接到对应的高频变压器的一次侧。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈锦飞，惠晶，吴雷，颜文旭，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]