[發(fā)明專利]基于單級(jí)功率變換模塊的級(jí)聯(lián)式變流器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310014661.5
• 申請(qǐng)日: 2013-01-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103051219A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王聰;程紅;王暢;王俊;崔義森;沙廣林;蔡瑩瑩;張國(guó)澎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）
• 主分類號(hào): H02M7/12
• 分類號(hào): H02M7/12
• 代理公司: 北京雙收知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11241
• 代理人: 左明坤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及變流器，特別涉及一種基于單級(jí)功率變換模塊的級(jí)聯(lián)式變流器。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)與工業(yè)現(xiàn)代化的迅猛發(fā)展和對(duì)節(jié)約能源的要求進(jìn)一步提高，應(yīng)用于大功率場(chǎng)合的中高壓電力電子變流器在解決能源節(jié)約的問(wèn)題上起著越來(lái)越重要的作用。近年來(lái)，多電平功率變流器（Multilevel?Power?Converter）在高電壓大功率變頻調(diào)速、有源電力濾波裝置、高壓直流（HVDC）輸電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域已得到成功的應(yīng)用。多電平功率變流器在許多實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中需要具有電氣隔離功能，這種電氣隔離功能傳統(tǒng)的方式是采用體積龐大接線復(fù)雜的工頻變壓器來(lái)完成，這使其在許多工業(yè)場(chǎng)合的應(yīng)用受到了限制。因而，取消傳統(tǒng)的大功率多電平變流器電路中的工頻變壓器，設(shè)計(jì)無(wú)工頻變壓器的多電平變流器電路，將會(huì)帶來(lái)革命性的變革。

目前，高頻開(kāi)關(guān)電源采用高頻變壓器完成功率的隔離傳輸，其所具有的體積小，重量輕，功率密度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，使其在諸多的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合占據(jù)了絕對(duì)的主導(dǎo)地位。高頻開(kāi)關(guān)電源通常采用兩個(gè)功率變換級(jí)完成交流到直流的隔離變換，即：AC/DC整流級(jí)和DC/DC高頻隔離變換級(jí)。對(duì)于高性能的高頻開(kāi)關(guān)電源，其AC/DC整流級(jí)還應(yīng)具有功率因數(shù)校正功能，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)整流。高頻開(kāi)關(guān)電源也可以采用一個(gè)功率變換級(jí)完成交流到直流的隔離變換，即所謂的單級(jí)功率變換。由于只用一級(jí)變換就可以實(shí)現(xiàn)AC/DC單位功率因數(shù)整流和DC/DC隔離變換兩級(jí)變換的功能，故可極大地簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化電路的控制和調(diào)制方法，這些優(yōu)點(diǎn)都使得單級(jí)變換的高頻開(kāi)關(guān)電源具有很好的應(yīng)用前景。本發(fā)明涉及已知技術(shù)中的單級(jí)功率變換模塊主要有以下幾種：

參照?qǐng)D1，第一種功率變換模塊包括單相二極管整流橋、開(kāi)關(guān)器件和快恢復(fù)二極管、隔離高頻變壓器和原邊濾波電容以及輸出直流電容和負(fù)載。

參照?qǐng)D3，第二種功率變換模塊包括單相二極管整流橋、開(kāi)關(guān)器件和快恢復(fù)二極管、隔離高頻變壓器和原邊濾波電容以及輸出濾波電感、輸出直流電容和負(fù)載。

參照?qǐng)D5，第三種功率變換模塊包括單相二極管整流橋、開(kāi)關(guān)器件和快恢復(fù)二極管、隔離高頻變壓器和原邊濾波電容、原邊輔助電感以及輸出直流電容和負(fù)載。

參照?qǐng)D7，第四種功率變換模塊包括一個(gè)單相二極管整流橋、一個(gè)由開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成的H橋、快恢復(fù)二極管、隔離高頻變壓器和原邊濾波電容以及輸出濾波電感、輸出直流電容和負(fù)載。

參照?qǐng)D9，第五種功率變換模塊包括兩個(gè)單相二極管整流橋、一個(gè)由開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成的H橋、快恢復(fù)二極管、隔離高頻變壓器、原邊濾波電容和電感以及輸出直流電容和負(fù)載。

由于大功率級(jí)聯(lián)全控型（IGBT）H橋電力電子變流器在大功率場(chǎng)合的應(yīng)用得到廣泛的關(guān)注和研究，其優(yōu)點(diǎn)是可以應(yīng)用低耐壓的電力電子開(kāi)關(guān)器件完成高壓大功率的功率變換并使交流側(cè)具有較高的功率因數(shù)和較小的諧波。但是該種類變流器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所需要的開(kāi)關(guān)器件較多，主電路工作過(guò)程中的損耗較大，針對(duì)所有開(kāi)關(guān)器件的控制電路以及控制方法的設(shè)計(jì)也很復(fù)雜，且不容易實(shí)現(xiàn)單級(jí)功率變換的功能。所以如何簡(jiǎn)化大功率級(jí)聯(lián)全控型（IGBT）H橋電力電子變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，減少開(kāi)關(guān)器件的使用數(shù)量，簡(jiǎn)化電路的控制和調(diào)制方法并能夠很好地工作在高壓大功率應(yīng)用場(chǎng)合，這是本領(lǐng)域當(dāng)前的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)目前應(yīng)用的大功率級(jí)聯(lián)電力電子變流器的上述問(wèn)題，提供一種基于單級(jí)功率變換模塊的級(jí)聯(lián)式變流器，這種變流器無(wú)需使用工頻移相變壓器，可以使用低耐壓的功率開(kāi)關(guān)管在高電壓下完成大功率高頻隔離變換，可以使用一級(jí)功率變換電路完成AC/DC和DC/DC兩級(jí)變換功能，并具有功率因數(shù)校正功能，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)整流，其主功率電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的工作效率高，體積小，重量輕，成本低。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種基于單級(jí)功率變換模塊的級(jí)聯(lián)式變流器，包括主功率電路，所述主功率電路包括單級(jí)功率變換模塊，單級(jí)功率變換模塊采用第一模塊單元，所述第一模塊單元包括單相二極管整流橋、開(kāi)關(guān)器件和快恢復(fù)二極管、隔離高頻變壓器和原邊濾波電容以及輸出直流電容和負(fù)載，所述主功率電路包括輸入電感和N個(gè)級(jí)聯(lián)的所述第一模塊單元，其中各個(gè)所述單相二極管整流橋的第二個(gè)輸入端與下一個(gè)所述單相二極管整流橋的第一個(gè)輸入端依次相連，級(jí)聯(lián)起來(lái)的所述單相二極管整流橋剩余的兩個(gè)交流輸入端，即第一個(gè)所述單相二極管整流橋的第一個(gè)交流輸入端與第N個(gè)所述單相二極管整流橋的第二個(gè)交流輸入端經(jīng)所述輸入電感串聯(lián)接入交流電網(wǎng)，其中，N為正整數(shù)。