本发明专利技术提供一种基于双向开关管的电流源型双向多脉冲变流器，它包括直流侧电路（1）和三相交流电源（5），它还包括可逆三相桥组（3）、多脉冲变压器（4）和控制电路（8），其中直流侧电路（1）、可逆三相桥组（3）、多脉冲变压器（4）、三相交流电源（5）依次连接，所述控制电路（8）的信号输入端连接于多脉冲变压器（4）与三相交流电源（5）之间，控制电路（8）的控制端与所述可逆三相桥组（3）连接。本发明专利技术提出的电路拓扑可实现电流源型多脉冲逆变器能量双向流动，直接对三相交流侧电流进行控制，控制器与滤波器各自独立，设计简单，可靠性高，适用于各种需要多脉冲变流器实现双向能量传输的场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于双向开关管的电流源型双向多脉冲变流器，属于功率电子变换的范畴。
技术介绍
多脉冲逆变技术采用移相变压器对多相逆变的输出进行叠加，消除低次谐波，使合成的波形逼近正弦波，具有谐波含量少、开关频率低、可靠性高、效率高、过载能力强、不会产生额外的电磁干扰等优点，同时，系统中的移相变压器还可使输入输出电气隔离，对电网污染小。基于以上特点，多脉冲逆变技术广泛应用于大功率交流驱动、新能源应用和电能质量控制中。根据叠加对象不同，多脉冲逆变技术可分为电压源型(即实现电压叠加)与电流源型(即实现电压叠加)。在并网逆变场合，通过电压叠加控制进网电流时，系统必须引入设计十分复杂的高阶滤波器，易引起系级不稳定，降低了多脉冲变流器的可靠性。若采用电流源型多脉冲逆变器(即实现电流叠加)，将直接对网侧电流进行控制，滤波与控制都十分简单，可靠性高。但目前的电流源型逆变器通过分立的移相变压器输出侧并联实现电流叠加，磁性元件数量多，系统体积大。同时，近些年来，随着新能源技术的发展与节能环保意识的深入，作为对偶功率变换结构的逆变器与整流器之间的边界越来越模糊，变流器在不同时刻需完成不同形式功率变换(整流或逆变)的场合越来越多。如在直流微网场合，当新能源供电过剩时，需通过变流器将剩余电能经逆变后并入电网，当新能源供电不足时，需通过变流器将电网电能经整流后供给负载。在电力机车牵引场合，当机车正常运行时，三相电能需通过变流器将交流电能变换为直流电能为机车电动机供电，当机车减速时，需通过变流器将电动机回馈的直流电能变换为低谐波的交流电并入电网，实现电能的充分利用。综上可知，实现能量双向流动既是多脉冲逆变器未来发展的必然要求，也将使多脉冲技术在逆变与整流场合实现通用，进一步拓展其应用场合。南京航空航天大学的许爱国在“城市轨道交通再生制动能量利用技术研究”一文中提出将电压源型多脉冲变流器通过空间矢量调制的控制方法实现能量的双向流动。但如前所述，通过电压叠加控制进网电流使系统必须引入设计十分复杂的高阶滤波器，且易引起系级不稳定，降低了多脉冲变流器的可靠性。若能实现电流源型多脉冲逆变器能量双向流动，其将直接对网侧电流进行控制，滤波与控制都十分简单，可靠性高。但如前所述，目前的电流源型多脉冲逆变器通过分立的移相变压器输出侧并联实现电流叠加，磁性元件数量多，系统体积大；同时，系统的开关管通常采用晶闸管或二极管，其单向导电性使传统的电流源型多脉冲逆变器无法在逆变的基础上实现整流，即双向传输能量。
技术实现思路
本专利技术的目的是在传统电流源型多脉冲逆变器控制与滤波简便的优点基础上，缩小其磁性元件的体积重量，克服其能量无法双向传输的缺点，提出一种基于双向开关管的电流源型双向多脉冲变流器。本专利技术的目的是通过以下措施实现的 基于双向开关管的电流源型双向多脉冲变流器，它包括依次连接的直流侧电路、可逆三相桥组、多脉冲变压器、三相交流电源，其中直流侧电路中串入电感，使直流侧近似为恒定电流源。它还包括控制电路，该控制电路的信号输入端连接在多脉冲变压器与三相交流电源之间，控制电路的控制端与所述可逆三相桥组连接。所述控制电路包括信号处理器和放大、隔离电路，其中信号处理器的信号输入端连接在多脉冲变压器与三相交流电源之间，放大、隔离电路的输出端与可逆三相桥组连接。可逆三相桥组中三相桥的组数与多脉冲双向变流器的脉冲数相对应，其中6脉冲双向变流器对应I组三相桥；12脉冲双向变流器对应2组三相桥；18脉冲双向变流器对应3组三相桥；24脉冲双向变流器对应4组三相桥。所述多脉冲变压器为自耦型或隔离型，并包括其各种绕组结构类型，例如12、18脉冲变压器绕组结构可以是P型(Polygon)，D型(Delta)或者是DT型。可逆三相桥组的接法可以为各三相桥两端同极性端点相连，再与直流侧电路两端点相连，各桥臂中点依次与多脉冲变压器对应接口连接。也可以采用其它连接方式。所述多脉冲变压器为12或24脉冲双向变流器时，所述直流侧电路与可逆三相桥组之间最好接入平衡电抗器，接入平衡电抗器能实现各三相桥电流均流。也可以不接平衡电抗器。可逆三相桥组各三相桥两端端点与相应多脉冲变流器的平衡电抗器相连，各桥臂中点依次与多脉冲变压器对应接口连接。可逆三相桥组的开关单元采用电压双象限、电流双象限的开关管或复合开关管。所述可逆三相桥组即能量传输时电流流动方向可实现改变的三相桥组，其开关管采用双向晶闸管、双向关断IGBT开关管或两反向晶闸管并联的复合开关管。本专利技术与现有技术相比的主要技术特点 1、本专利技术采用集成式的多脉冲变压器取代了传统电流源型逆变器中分立的移相变压器，显著减小了系统磁性元件的体积； 2、采用电压双象限、电流双象限的开关管或复合开关管组成三相桥的基本开关单元，使电流源型多脉冲变流器的开关管具备了能量双向流动的能力，同时防止了在换相重叠角度内开关管出现短路情况，并实现了其零电流关断。3、采用信号处理器检测三相电源相角与周期，结合各多脉冲变流器的导通矢量图生成驱动信号，实现了对电流双向流动的有效控制。基于以上提出的电路拓扑结构，本专利技术实现了传统电流源型多脉冲逆变器能量的双向流动；相较于传统电流源型多脉冲逆变器，系统磁性元件体积有了显著减小；相较于电压源型多脉冲双向变流器，其具有控制环路与滤波器设计简单，系统可靠性高等优点。附图说明附图1是本专利技术的基于双向开关管的电流源型双向多脉冲变流器结构示意图。附图2是本专利技术的一种放大、隔离电路的结构示意图。附图3是本专利技术的隔离型6脉冲双向变流器结构示意图。附图4是本专利技术的自耦型12脉冲双向变流器结构示意图。附图5是本专利技术的隔离型18脉冲双向变流器结构示意图。附图6是本专利技术的自耦型24脉冲双向变流器结构示意图。附图7是本专利技术的18脉冲双向变流器可逆三相桥组结构示意图。附图8是本专利技术的18脉冲双向变流器开关管导通矢量图。附图9是本专利技术的双向多脉冲变流器结构中直流侧与可逆三相桥组中开关单元的一种接线图。附图10是本专利技术的18脉冲双向变流器工作在整流状态时输入电压与电流波形图。附图11是本专利技术的18脉冲双向变流器工作在无源逆变状态时阻性负载的电压波形。上述附图中主要符号名称:1为直流侧电路，2为平衡电抗器，3为可逆三相桥组，4为多脉冲变压器，5为三相交流电源，6为锁相环，7为驱动器，8为控制电路，Vpulse为DSP生成的脉冲信号， 为加速电容，&为匹配电阻，为经放大、隔离电路后得到的驱动信号，后接开关管，va、vb、vc为三相相电压，ο为三相电压中点，a、b、c,a\b\c\a ”、b ”、c ”、a2、a3、a4、bv b2、bA, C1, c2、cv C4为变压器构造的电压矢量与相应的桥臂编号，Vab, V3c等为开关管导通矢量，I1U2U3为平衡电抗器，L为直流侧电感，C为直流侧电容。 具体实施例方式实施例一:附图1给出了本专利技术的基于双向开关管的电流源型双向多脉冲变流器结构示意图。本专利技术的包括直流侧电路(I)、可逆三相桥组(3)、多脉冲变压器(4)、三相交流电源(5)和控制电路(8)。当系统为12或24脉冲双向变流器时，所述直流侧电路(I)与可逆三相桥组(3)之间最好接入平衡电抗器(2)，以实现各三相桥电流均流。多脉冲变压器在6、12、1本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于双向开关管的电流源型双向多脉冲变流器，它包括直流侧电路（1）和三相交流电源（5），其特征是：它还包括可逆三相桥组（3）、多脉冲变压器（4）和控制电路（8），其中直流侧电路（1）、可逆三相桥组（3）、多脉冲变压器（4）、三相交流电源（5）依次连接，所述控制电路（8）的信号输入端连接于多脉冲变压器（4）与三相交流电源（5）之间，控制电路（8）的控制端与所述可逆三相桥组（3）连接。
【技术特征摘要】
1.基于双向开关管的电流源型双向多脉冲变流器，它包括直流侧电路(I)和三相交流电源(5)，其特征是:它还包括可逆三相桥组(3)、多脉冲变压器(4)和控制电路(8)，其中直流侧电路(I)、可逆三相桥组(3)、多脉冲变压器(4)、三相交流电源(5)依次连接，所述控制电路(8)的信号输入端连接于多脉冲变压器(4)与三相交流电源(5)之间，控制电路(8)的控制端与所述可逆三相桥组(3)连接。2.根据权利要求1所述的双向多脉冲变流器，其特征是:所述控制电路(8)包括信号处理器(6)和放大、隔离电路(7)，其中信号处理器(6)的信号输入端连接在多脉冲变压器(4)与三相交流电源(5 )之间，放大、隔离电路(7 )的输出端与可逆三相桥组(3 )连接。3.根据权利要求1或2所述的双向多脉冲变流器，其特征是:可逆三相桥组(3)中三相桥的组数与多脉冲双向变流器的脉冲数相对应，其中6脉冲双向变流器对应I组三相桥；12脉冲双向变流器对应2组三相桥；18脉冲双向变流器对应3组三相桥；24脉冲双向变流器对应4组三相桥。4.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈乾宏，杨鸣强，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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