能量双向流动的AC-DC变换器制造技术

一种变压器技术领域的能量双向流动的AC-DC变换器，包括：降压电路和整流电路，其中：降压电路的输出端与整流电路的输入端相连，降压电路将高压工频交流电压转换成低压工频交流电压，整流电路将低压工频交流电压转换为低压直流电压。本发明专利技术实现高压交流电压到低压直流电压的变换，具有单位输入功率因数和能量双向流动的四象限能力，且总体结构简单、整体性能更加完善。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种变压器
的装置，具体是一种能量双向流动的AC-DC 变换器。
技术介绍
电力电子变压器主要由电力电子变换器、高频变压器和控制器等组成。其中包括 绝缘栅双极型晶体管或集成门极换流晶闸门等高频大功率电力电子器件的电力电子变换器是电力电子变压器的核心，其功能是完成电能的频率、幅值转换。高频变压器的功能是隔离及变压；控制器的功能是实现对电能变换、电压稳定和电能质量的控制。经过对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号为02139030. 4，名称为“电力电子变压器”的专利，该电力电子变压器是基于三相-三相矩阵变换器结构，中间环节非常复杂，实现难度非常高，经济性较低，难以实现和推广应用。中国专利申请号为200910025824. 3，名称为“多功能电力电子变压器”的专禾I』，该电力电子变压器功能齐全，但是结构十分复杂，控制难度非常高，可行性较低，难以实现和获得广泛应用。IEEE Trans, on Industry Electronics Magzine (工业电子杂志).2009 年 6 月.记载了一种“基于传统思想的电力电子变压器技术”，该技术具有较强的功能，但是高压端具有两级变换器，结构十分复杂，控制难度非常高，可行性较低。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种能量双向流动的AC-DC变换器， 该装置实现高压交流电压到低压直流电压的变换，具有单位输入功率因数和能量双向流动的四象限能力，且总体结构简单、整体性能更加完善。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括降压电路和整流电路，其中降压电路的输出端与整流电路的输入端相连，降压电路将高压工频交流电压转换成低压工频交流电压，整流电路将低压工频交流电压转换为低压直流电压。所述的降压电路由依次级联的输入滤波电路、交流斩波电路、高频变压器、波形还原电路和输出滤波电路。所述的输入滤波电路和输出滤波电路均为LC滤波器。所述的交流斩波电路为两组共射逆导开关组成的桥式结构，该桥式结构的输入端与输入滤波电路的输出端连接，该桥式结构的两个桥臂的中点分别与高频变压器的初级绕组的两端连接。该交流斩波电路将高压工频交流电压转换成高压高频脉冲交流电压。所述的高频变压器将高频脉冲交流电压降压转换成低压高频脉冲交流电压。所述的波形还原电路为两组共射逆导开关组成的桥式结构，该桥式结构的两个桥臂的中点与输出滤波电路的输入端连接，该桥式结构的输入端与高频变压器的次级绕组连接。该波形还原电路将低压高频脉冲交流电压还原为低压工频电压，该波形还原电路采用与交流斩波电路相反的调制算法和控制原理。所述的整流电路包括升压电感、单相整流器和滤波电容，其中升压电感的两端分别与降压电路的输出端和单相整流器连接，单相整流器分别与降压电路的另一个输出端和滤波电容连接，该整流电路对低压工频电压进行PWM整流，得到稳定的整流输出电压和线性输入阻抗，反射到高压交流电网后，得到线性输入阻抗和单位输入功率因数。所述的单相整流器为逆导开关组成的桥式结构，该桥式结构的两个桥臂的中点分别与升压电感和降压电路连接。所述的滤波电容为电解电容组，该滤波电容与单相整流器的输出端连接。本专利技术采用降压电路和整流电路能够使得电力电子变换器的网侧工作在单位功率因数下，消除谐波电流对电网的污染，同时使得整流电路之前线路上各点的无功电流含量降至零点，有利于简化电路设计、降低成本、增加效率和提高可靠性。同时由于降压电路和整流电路结构简单，控制算法成熟，实现起来非常容易，便于产品化和推广应用。降压电路能够采用单相-单相矩阵变换器的算法或交流斩波常规算法，实现高压工频交流电压到高压高频交流电压变换、高压高频交流电压到低压工频交流电压变换。整流电路能够采用单相整流器的各种控制原理，实现AC-DC变换，获得稳定的直流电压输出和网侧单位输入功率因数，具有四象限变换变换能力，即可电能可以在高压电网和低压直流输出之间进行双向流动。本专利技术通过在网侧将输入工频交流调制为高频信号，经高频变压器耦合到二次侧后，在二次侧进行降压AC-AC变换，降频还原成工频交流输出，实现网侧的单位输入功率因数，抑制网侧谐波电流，供电网用户使用。本专利技术采用用基于SiC IGBT的电力电子变压器代替传统配电变压器对能量进行转换与控制。具有构思新颖、系统体积小、网侧功率因数改善、环保效果好的特点。附图说明图1为本专利技术的电路原理图。图加为交流斩波电路的示意图。图2b为波形还原电路的示意图。图3为实施例2的电路原理图。图4为实施例3的电路原理图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1如图1所示，本实施例包括降压电路1和整流电路2，其中降压电路1的输出端与整流电路2的输入端相连。所述的降压电路1包括依依次级联的输入滤波器Li、Cl、交流斩波电路Ml、交流斩波电路Tl、波形还原电路M2和输出滤波器L2、C2。所述的输入滤波电路和输出滤波电路均为LC滤波器。如图加所示，所述的交流斩波电路Ml由四个桥接的双向开关BS1、BS2、BS3、BS4 组成，每双向开关由两个反向串联的逆导开关组成，逆导开关为由绝缘栅双极型晶体管和二极管反向并联组成。双向开关BSl由逆导开关S5和S6组成，双向开关BS2由逆导型开关S7和S8组成，双向开关BS3由逆导型开关S9和SlO组成，双向开关BS4由逆导型开关 Sll和S12组成。所述的交流斩波电路Ml的输入端与输入滤波电路L1、C1的输出端连接，该桥式结构的两个桥臂的中点分别与高频变压器Ml的初级绕组的两端连接。该交流斩波电路Ml能够得到正负交替的高频脉冲电压。如图沘所示，所述的波形还原电路M2由四个桥接的双向开关855、856、857、858 组成，每双向开关由两个反向串联的逆导开关组成，逆导开关为由绝缘栅双极型晶体管和二极管反向并联组成。双向开关BS5由逆导型开关S13和S14组成，双向开关BS6由逆导型开关S15和S16组成，双向开关BS7由逆导型开关S17和S18组成，双向开关BS8由逆导型开关S19和S20组成。所述的波形还原电路M2输入端与高频变压器Ml的次级绕组连接，该桥式结构的两个桥臂的中点与输出滤波电路L2、C2的输入端连接，该波形还原电路采用与交流斩波电路相反的调制算法和控制原理，得到工频交流电压。所述的整流电路2包括升压电感L3、单相整流器Il和滤波电容E1，其中升压电感L3的两端分别与降压电路1的输出端和单相整流器Il连接，单相整流器Il分别与降压电路1的另一个输出端和滤波电容El连接。所述的单相整流器Il由四个桥接的逆导开关S1、S2、S3、S4组成，该桥式结构的两个桥臂的中点分别与升压电感L3和降压电路的输出滤波器L2、C2连接。单相整流器Il能够采用所有单相整流器的调制算法和控制原理，其中还可以包括单相功率因数校正算法， 得到稳定直流输出电压和线性输入阻抗。所述的滤波电容El为电解电容组，该滤波电容El与单相整流器Il的输出端连接。本实施例中所述的降压电路1和整流电路2构成了电力电子变压器，其作用是通过提升高频变压器Tl的AC/AC变换工作频率，来实现相本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种能量双向流动的ＡＣ－ＤＣ变换器，包括：降压电路和整流电路，其特征在于：降压电路的输出端与整流电路的输入端相连，降压电路将高压工频交流电压转换成低压工频交流电压，整流电路将低压工频交流电压转换为低压直流电压；所述的降压电路由依次级联的输入滤波电路、交流斩波电路、高频变压器、波形还原电路和输出滤波电路；所述的整流电路包括：升压电感、单相整流器和滤波电容，其中：升压电感的两端分别与降压电路的输出端和单相整流器连接，单相整流器分别与降压电路的另一个输出端和滤波电容连接。

【技术特征摘要】
1.一种能量双向流动的AC-DC变换器，包括降压电路和整流电路，其特征在于降压电路的输出端与整流电路的输入端相连，降压电路将高压工频交流电压转换成低压工频交流电压，整流电路将低压工频交流电压转换为低压直流电压；所述的降压电路由依次级联的输入滤波电路、交流斩波电路、高频变压器、波形还原电路和输出滤波电路；所述的整流电路包括升压电感、单相整流器和滤波电容，其中升压电感的两端分别与降压电路的输出端和单相整流器连接，单相整流器分别与降压电路的另一个输出端和滤波电容连接。2.根据权利要求1所述的能量双向流动的AC-DC变换器，其特征是，所述的输入滤波电路和输出滤波电路均为LC滤波器。3.根据权利要求1所述的能量双向流动的AC-DC变换器，其特征是，所述的交流斩波电路为两组共射逆导开关组成的桥式结构，该桥式结构的输入端与输入滤波电路的输出端连接，该桥式结构的两个桥臂的中点分别与高频变压器的初级绕组的两端连接，该交流斩波电路将高压工频交流电压转换成高压高频脉冲交流电压。4.根据权利要求1所述的能量双向流动的AC-DC变换器，其特征是，所述的波形还原电路为两组共射逆导开关组...

【专利技术属性】
技术研发人员：马红星，李华武，蒋婷，江剑锋，杨喜军，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31