中功率两级式的三相静止变流器制造技术

一种应用于中功率的三相静止变流器，包括了主电路和控制电路。主电路为前后级结构，前级为两个直流变压器模块，分别为直流变压器１和直流变压器２，两个直流变压器输入端并联输出端串联；后级的三个逆变器模块分别为ａ相双Ｂｕｃｋ逆变器、ｂ相双Ｂｕｃｋ逆变器和ｃ相双Ｂｕｃｋ逆变器，三个逆变器的输入端并联。控制电路包含电压开环控制电路，半周期电流滞环控制电路。该两级式三相静止变流器的电路拓扑简单、体积小、效率高、可靠性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种中等功率的两极式结构三相静止变流器，属于功率变换中的逆变 技术。
技术介绍
静止变流器的常用方案可分为低频隔离方案和高频隔离方案。低频隔离方案中逆 变器的开关频率为400Hz，先将直流电变为交流电后，再通过滤波和升降压后得到额定的交 流电压。此方案所使用的磁性元件体积庞大，效率低，不适合用于功率密度和效率要求高的 场合。在高频隔离方案中先将输入电压变换至一定电压，再使用逆变器得到额定的交流电 压。这种方案的开关频率可以做得比较高，所用磁性元件的体积可以减小，效率高。后一种 方案的隔离部分可选择使用直流变压器或直流变换器。直流变压器和交流变压器类似，将一种直流电压变换成另一种或多种直流电压， 通过高频斩波——变压器隔离——高频整流来实现一种直流电压到与之成正比的另一种 或多种直流电压的变换，可用于功率传输和电压检测等场合。直流变压器利用变压器漏感 实现开关管的软开关，不需输出端滤波电感，采用开环控制，恒定占空比工作，电路结构简 单，易于实现高频软开关和高功率密度，变换效率高。
技术实现思路
本专利技术旨在结合直流变压器的特点以及双Buck逆变器的特点，提出一种中等功 率的两极式三相静止变流器。该三相静止变流器主要包含主电路和控制电路。主电路的特征在于前后两极式 三相静止变流器中的前级由两个直流变压器组成，输入端并联，输出端串联，串联点即为中 点，在中点处引出地线。每个直流变压器为隔离型全桥结构，包括全桥电路、串联电容、副边 含中心抽头的高频隔离变压器、输出桥式整流电路和输出滤波电容。后级由三个逆变器模 块组成，三个逆变器的输入端并联起来接于前级的输出端，每个逆变器模块均为双Buck拓 扑结构，每个双Buck逆变器包含两个开关管、两个二极管、两个电感和一个输出电容。控制电路的特征在于前级的每个直流变压器采用独立的电压开环控制，使得桥 臂开关管占空比接近0.5并且固定。后级每个逆变器采用独立的半周期电流滞环控制，输 出电流过零比较器根据系统输出电压环调节器的输出与参考地比较判断输出电流的正半 周期和负半周期区域，系统输出电压环调节器的输出同时作为输出电流滞环调节器的给定 信号，逆变器输出端的采样电流作为输出电流滞环调节器的输入，输出电流过零比较器的 输出信号与输出电流滞环调节器的输出信号经过一定逻辑运算后得到各逆变器的驱动逻 辑信号，调节各逆变器模块开关管的占空比。本专利采用前后级结构的三相静止变流器，前级为隔离型的直流变压器结构，后 级为非隔离型的双Buck逆变器。这种三相静止变流器的优点是(1)将直流变压器结构应用于三相静止变流器中解决了输入端与输出端的隔离问题，而且前级的输出端无滤波电感，减小了系统体积，提高了工作效率。(2)三相静止变流器的控制方式得到了优化，其前级采用电压开环控制实现隔离 和变压的作用，后级采用半周期电流滞环控制实现电路稳定工作。附图说明图1是本专利技术示意图。图2是本专利技术前级直流变压器1的电路拓扑结构示意图。图3是本专利技术后级a相逆变器模块的电路拓扑结构示意图。图4是a相逆变器模块电压开环控制电路的示意图。图5是a相逆变器模块半周期电流滞环控制电路的示意图。图1——图5的主要符号名称⑴^^^^ ， ，！！二!^——分别为前级的输入 电压，后级的输入电压，前级直流变压器1的输出电压，后级a相逆变器的输出电压，后级a 相逆变器的输出电压采样，后级a相逆变器中电压环调节器的基准电压。(2) iref, i；——分 别为后级a相逆变器输出电流基准，后级a相逆变器输出端的采样电流。(3) SrS6——分别 为变换器的开关管和对应的体二极管。(4)Di-D4，D5-D6——分别为前级直流变压器1副边 的整流二极管，后级a相逆变器的二极管。(5)CS1-CS6，CD5-CD6，Cr, C0l, Ca——分别为变换器 开关管的等效结电容，后级a相逆变器二极管的等效结电容，前级直流变压器1中高频隔离 变压器原边的隔直电容，前级直流变压器1的输出电容，后级a相逆变器的输出电容。(6) LrL2——后级a相逆变器的电感。(7)T——为高频隔离变压器。具体实施例方式中功率两级式的三相静止变流器的主电路如图1所示，其特征在于主电路的前 级为DC/DC变换器，由两个相同的直流变压器构成，两个直流变压器的输入端并联接在供 电电源的输出侧，两个直流变压器的输出端串联，在串联点即为中点，在中点处引出地线， 前级共引出正输出线、负输出线和地线；后级由三个相同结构的逆变器构成——a相逆变 器、b相逆变器和c相逆变器，各逆变器的输入端并联后与前级直流变压器输出端的三个输 出线相连接。三相静止变流器前级的两个直流变压器均采用隔离型全桥型拓扑结构，以前级直 流变压器1为例，全桥型直流变压器1的主电路如图2所示，包括全桥电路、串联隔直电容、 副边含中心抽头的高频隔离变压器、输出桥式整流电路、输出滤波电容。其连接方式为全 桥电路中包含四个开关管，开关管Si与开关管S2串联构成一个桥臂，开关管S3与开关管S4 串联构成另一个桥臂，开关管Si的漏极与开关管S3的漏极相连后接于直流电压源的正输出 端，开关管S2的源极与开关管S4的源极相连后接于直流电压源的负输出端，开关管Si与开 关管S2的串联节点经串联隔直电容(；连于高频隔离变压器T原边绕组的同名端，开关管S3 与开关管S4的串联节点连于高频隔离变压器T原边绕组的异名端，高频隔离变压器T的副 边绕组经输出桥式整流电路后连于输出滤波电容Q的两端，输出桥式整流电路的具体连 接方式为，二极管Di和D2顺向串联后连在直流变压器的正负输出端，二极管D3和D4顺向 串联后也连在直流变压器的正负输出端，二极管的串联连接点连于高频隔离变压器 T副边绕组的同名端，二极管D3和D4的串联连接点连于高频隔离变压器T副边绕组的异名端。前级直流变压器2内部的具体连接方式与前级直流变压器1相同，不再熬述。后级的每一相逆变器均采用非隔离型的双Buck拓扑结构，每个双Buck逆变器模 块包含两个开关管、两个二极管、两个电感和一个输出电容。以后级a相逆变器为例，其具 体的主电路拓扑如图3所示，其连接方式为开关管S5的漏极与二极管D6的阴极相连接后 接在前级直流变压器的正相输出端，二极管D5的阳极与开关管S6的源极相连接后接在前级 直流变压器的负相输出端，开关管S5的源极与二极管D5的阴极相连接，二极管D6的阳极与 开关管S6的漏极相连接，电感k和电感L2串联后连接到开关管S5的源极与二极管D6的阳 极之间，a相双Buck逆变器的输出电容Ca的一端连接在电感k和电感L2的连接处另一端 接在输出地。输出电容(；两端的电压即为后级a相逆变器的输出电压ua。后级b相逆变 器和后级c相逆变器的内部器件的连接方式均与后级a相逆变器相同，不再熬述。三相逆 变器输出端共地，其连接方式为星型连接方式，星型连接的中点为输出端地线。中功率两级式三相静止变流器中的前级直流变压器采用控制占空比接近0.5并 且固定的电压开环控制，以前级直流变压器1为例，每个模块中后级全桥型直流变压器各 桥臂开关管驱动信号的产生电路如图4所示，固定的电压给定信号与三角波载波经电压比 较器交截产生PWM波，该PWM波通过驱动逻辑生成电路的一系列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于中功率场合的两级式三相静止变流器，其主电路特征在于：主电路由前后两级构成，前级由两个全桥结构的直流变压器组成，分别为直流变压器１和直流变压器２，两个直流变压器输入端并联，输出端串联，串联点即是中点；后级由三个逆变器模块组成，分别为ａ相逆变器、ｂ相逆变器和ｃ相逆变器，三个逆变器的输入端并联起来与前级直流变压器的输出端相连接，每个逆变器的具体拓扑均为双Ｂｕｃｋ结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹剑坤，吴雪花，王慧贞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]