[發明專利]中間直流電壓的單相交流變換器

有效

• 申請號: 201010282433.2
• 申請日: 2010-09-16
• 公開（公告）號: CN101951164A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 楊喜軍;田書欣;鐘莉娟;張永鑫
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02M5/44
• 分類號: H02M5/44;H02M5/458;H02M1/12
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種變壓器技術領域的裝置，具體是一種中間直流電壓的單相交流變換器。?

背景技術

電力電子變壓器主要由電力電子變換器、高頻變壓器和控制器等。其中包括：IGBT或IGCT等高頻大功率電力電子器件的電力電子變換器是電力電子變壓器的核心，其功能是完成電能的頻率、幅值轉換。高頻變壓器的功能是隔離及變壓；控制器的功能是實現對電能變換、電壓穩定和電能質量的控制。?

經過對現有技術的檢索發現，中國專利申請號02139030.4，公開日：2003.03.12.記載了一種“電力電子變壓器”，該技術電力電子變壓器基于三相-三相矩陣變換器結構，中間環節非常復雜，實現難度非常高，經濟性較低，難以實現和推廣應用。?

進一步檢索發現，中國專利申請號200910025824.3，公開日：2009.11.04.記載了一種“多功能電力電子變壓器”，該技術的電力電子變壓器功能齊全，但是結構十分復雜，控制難度非常高，可行性較低，難以實現和獲得廣泛應用。?

WANG?JUN等，“智能電網技術”.IEEE?Trans.on?Industry?Electronics?Magzine(工業電子雜志).2009年6月.記載了一種“基于傳統思想的電力電子變壓器技術”，該技術具有較強的功能，但是結構十分復雜，控制難度非常高，可行性較低。?

電力電子變壓器主要由初、次級功率變換器以及聯系二者之間的高頻變壓器。從電力電子變壓器的輸入輸出特性看，相當于AC/AC變換。其基本工作原理為輸入的工頻電壓經過原邊變換器調制為高頻交流電壓，通過高頻變壓器耦合至副邊，再通過副邊的功率變換器將其轉換為所要求的電壓。電力電子變壓器具有體積小、重量輕、供電質量高、功率因數高、便于自動監控等優點。?

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種中間直流電壓的單相交流變換器，通過在網側將輸入工頻交流調制為高頻信號，經高頻變壓器耦合到二次側后，在二次側進行DC/AC變換，降頻還原成工頻交流輸出，實現網側的單位輸入功率因數，抑制網側諧波電流，供電網用戶使用。?

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：依次級聯的交流斬波電路、降壓變換電路、波形變換電路和逆變濾波電路，其中：交流斬波電路將高壓工頻交流電壓轉換成高頻脈沖交流電壓并輸出至降壓變換電路，降壓變換電路將高頻脈沖高壓交流電壓濾波并轉換為低壓直流電壓并輸出至波形變換電路，波形變換電路改善網側交流電壓及電流波形并將低壓直流電壓輸出至逆變濾波電路，逆變濾波電路將低壓直流電壓逆變并濾波成工頻交流正弦波電壓。?

所述的交流斬波電路，包括用于交流斬波的單相矩陣變換器和與之相連接的輸入濾波電路。?

所述的用于交流斬波的單相矩陣變換器由四個橋接的單相變換單元組成，每一個單相變換單元由兩組反向串聯的SiC?IGBT管和分別并聯于各個SiC?IGBT管上的功率二極管組成。?

所述的輸入濾波電路的輸入端與交流電源相連，輸出端與用于交流斬波的單相矩陣變換器相連。?

所述的降壓變換電路，包括高頻變壓器、用于降壓變換的單相矩陣變換器、單相整流器和與之相連接的降壓濾波電路，該降壓變換電路通過簡單地配置PWM脈沖的發送規律，可以將交流斬波電路中單相-單相矩陣變換器輸出經過高頻變壓器輸出電壓脈沖，還原成單相交流正弦半波電壓。此舉可以使得網側與后級的濾波器設計簡化。?

所述的高頻變壓器，其初級繞組的一端與用于交流斬波的單相矩陣變換器輸出端相連，次級繞組的一端與用于降壓變換的單相矩陣變換器的輸入端相連。?

所述的降壓濾波電路的輸入端與用于降壓變換的單相矩陣變換器輸出端相連，降壓濾波電路的輸出端與波形變換電路相連。?

所述的波形變換電路包括：Y形連接的逆導型開關、電感和功率二極管，該波形變換電路基于DC-DC變換器概念，采用雙閉環控制、單周期控制等調制算法，可以做到其輸入端的等效負載就為阻性，從而確保交流斬波電路的輸入端等效負載為阻性。升壓型DC-DC變換器還可以設計成多級交錯運行或并聯運行，提升功率等級。?

所述的逆變濾波電路包括：依次級聯的電解電容、單相逆變器和輸出濾波電路。?

所述的單相逆變器為四個橋接的逆導型開關組成的單相電壓源逆變器。?

所述的輸出濾波電路的輸入端與單相逆變器的輸出端相連，該輸出濾波電路的輸出端分別與輸出交流電壓的火線和零線相連。?