[發(fā)明專利]能量雙向流動(dòng)的AC-DC變換器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110132831.0
• 申請(qǐng)日: 2011-05-20
• 公開（公告）號(hào): CN102185496A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬紅星;李華武;蔣婷;江劍鋒;楊喜軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/12
• 分類號(hào): H02M7/12;H02M5/44;H02M7/219;H02M1/12
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種變壓器技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種能量雙向流動(dòng)的AC-DC變換器。

背景技術(shù)

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組成。其中包括：絕緣柵雙極型晶體管或集成門極換流晶閘門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(zhuǎn)換。高頻變壓器的功能是隔離及變壓；控制器的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)電能變換、電壓穩(wěn)定和電能質(zhì)量的控制。

經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請(qǐng)?zhí)枮椋?2139030.4，名稱為“電力電子變壓器”的專利，該電力電子變壓器是基于三相-三相矩陣變換器結(jié)構(gòu)，中間環(huán)節(jié)非常復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度非常高，經(jīng)濟(jì)性較低，難以實(shí)現(xiàn)和推廣應(yīng)用。

中國專利申請(qǐng)?zhí)枮椋?00910025824.3，名稱為“多功能電力電子變壓器”的專利，該電力電子變壓器功能齊全，但是結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，控制難度非常高，可行性較低，難以實(shí)現(xiàn)和獲得廣泛應(yīng)用。

IEEE?Trans.on?Industry?Electronics?Magzine(工業(yè)電子雜志).2009年6月.記載了一種“基于傳統(tǒng)思想的電力電子變壓器技術(shù)”，該技術(shù)具有較強(qiáng)的功能，但是高壓端具有兩級(jí)變換器，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，控制難度非常高，可行性較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種能量雙向流動(dòng)的AC-DC變換器，該裝置實(shí)現(xiàn)高壓交流電壓到低壓直流電壓的變換，具有單位輸入功率因數(shù)和能量雙向流動(dòng)的四象限能力，且總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、整體性能更加完善。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括：降壓電路和整流電路，其中：降壓電路的輸出端與整流電路的輸入端相連，降壓電路將高壓工頻交流電壓轉(zhuǎn)換成低壓工頻交流電壓，整流電路將低壓工頻交流電壓轉(zhuǎn)換為低壓直流電壓。

所述的降壓電路由依次級(jí)聯(lián)的輸入濾波電路、交流斬波電路、高頻變壓器、波形還原電路和輸出濾波電路。

所述的輸入濾波電路和輸出濾波電路均為L(zhǎng)C濾波器。

所述的交流斬波電路為兩組共射逆導(dǎo)開關(guān)組成的橋式結(jié)構(gòu)，該橋式結(jié)構(gòu)的輸入端與輸入濾波電路的輸出端連接，該橋式結(jié)構(gòu)的兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)分別與高頻變壓器的初級(jí)繞組的兩端連接。該交流斬波電路將高壓工頻交流電壓轉(zhuǎn)換成高壓高頻脈沖交流電壓。

所述的高頻變壓器將高頻脈沖交流電壓降壓轉(zhuǎn)換成低壓高頻脈沖交流電壓。

所述的波形還原電路為兩組共射逆導(dǎo)開關(guān)組成的橋式結(jié)構(gòu)，該橋式結(jié)構(gòu)的兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)與輸出濾波電路的輸入端連接，該橋式結(jié)構(gòu)的輸入端與高頻變壓器的次級(jí)繞組連接。該波形還原電路將低壓高頻脈沖交流電壓還原為低壓工頻電壓，該波形還原電路采用與交流斬波電路相反的調(diào)制算法和控制原理。

所述的整流電路包括：升壓電感、單相整流器和濾波電容，其中：升壓電感的兩端分別與降壓電路的輸出端和單相整流器連接，單相整流器分別與降壓電路的另一個(gè)輸出端和濾波電容連接，該整流電路對(duì)低壓工頻電壓進(jìn)行PWM整流，得到穩(wěn)定的整流輸出電壓和線性輸入阻抗，反射到高壓交流電網(wǎng)后，得到線性輸入阻抗和單位輸入功率因數(shù)。

所述的單相整流器為逆導(dǎo)開關(guān)組成的橋式結(jié)構(gòu)，該橋式結(jié)構(gòu)的兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)分別與升壓電感和降壓電路連接。

所述的濾波電容為電解電容組，該濾波電容與單相整流器的輸出端連接。

本發(fā)明采用降壓電路和整流電路能夠使得電力電子變換器的網(wǎng)側(cè)工作在單位功率因數(shù)下，消除諧波電流對(duì)電網(wǎng)的污染，同時(shí)使得整流電路之前線路上各點(diǎn)的無功電流含量降至零點(diǎn)，有利于簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)、降低成本、增加效率和提高可靠性。同時(shí)由于降壓電路和整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制算法成熟，實(shí)現(xiàn)起來非常容易，便于產(chǎn)品化和推廣應(yīng)用。降壓電路能夠采用單相-單相矩陣變換器的算法或交流斬波常規(guī)算法，實(shí)現(xiàn)高壓工頻交流電壓到高壓高頻交流電壓變換、高壓高頻交流電壓到低壓工頻交流電壓變換。整流電路能夠采用單相整流器的各種控制原理，實(shí)現(xiàn)AC-DC變換，獲得穩(wěn)定的直流電壓輸出和網(wǎng)側(cè)單位輸入功率因數(shù)，具有四象限變換變換能力，即可電能可以在高壓電網(wǎng)和低壓直流輸出之間進(jìn)行雙向流動(dòng)。

本發(fā)明通過在網(wǎng)側(cè)將輸入工頻交流調(diào)制為高頻信號(hào)，經(jīng)高頻變壓器耦合到二次側(cè)后，在二次側(cè)進(jìn)行降壓AC-AC變換，降頻還原成工頻交流輸出，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)的單位輸入功率因數(shù)，抑制網(wǎng)側(cè)諧波電流，供電網(wǎng)用戶使用。

本發(fā)明采用用基于SiC?IGBT的電力電子變壓器代替?zhèn)鹘y(tǒng)配電變壓器對(duì)能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換與控制。具有構(gòu)思新穎、系統(tǒng)體積小、網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)改善、環(huán)保效果好的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電路原理圖。