不对称式P型12脉冲自耦变压整流器

摘要

本发明公开了不对称式P型12脉冲自耦变压整流器，包括不对称式P型自耦变压器，主整流桥和辅整流桥。不对称式P型自耦变压器包括A、B、C三相，每相有一个原边绕组和一个副边绕组，且均具有中心抽头。合理设计匝比，通过副边电压与原边电压相量之和构造主、辅两组三相电压，不同时区，不同的主、辅电压矢量之和构成12相输出电压，经整流桥并联输出。主、辅整流桥按照输出矢量的切换顺序依次选通，不需要平衡电抗器。本发明既保持了自耦式结构体积小、重量轻的优点，又省去了平衡电抗器的使用，是一种具有最简结构的12脉变压整流器。

说明书

技术领域

本发明属于电能变换领域，具体涉及一种不对称式的P型12脉冲自耦变压整流器。

背景技术

传统的隔离型12脉变压整流器，利用副边绕组的星型连接和三角形连接方式，构 成两组相位相差30度的三相交流电压，整流后经平衡电抗器并联输出。其输入电流为 12阶梯波，仅含有12k±1次谐波，减小了输入电流总谐波含量(THD)；该方案简单可 靠，缺点是变压器等效容量为输出功率的1.03倍，导致系统体积重量较大。

学者Sewan Choi提出采用自耦变压器代替隔离变压器的方法，如差接△绕组结构 的12脉自耦变压整流器。通过变压器的自耦连接，产生两组相差30度的三相电压。由 于自耦变压器等效容量小，仅为隔离变压器的18％，有助于变压整流系统的小型化。但 是在这种拓扑中，变压器副边绕组直接与整流桥中二极管串联，加大了二极管的换向电 感，使得换向角增大，不利用航空航天应用。将变压器绕组连接成封闭的多边形 (polygon)，可大大减小二极管的换向电感，从而得到P型12脉自耦变压整流器。

无论是差接△还是P型绕组结构的12脉变压整流器，都需要平衡电抗器将两组整 流桥并联，使得两组桥均能独立工作，从而输出12相线电压矢量。然而，平衡电抗器 的加入增大了系统的复杂度和体积重量。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种不对称式P型12脉冲自耦变压整流器， 简化12脉自耦变压整流器的结构。

技术方案：不对称式P型12脉冲自耦变压整流器，包括不对称式P型移相自耦变 压器、主三相整流桥和辅三相整流桥；所述不对称式P型移相自耦变压器包括A相、B 相、C相，每相原边有一个绕组并且中心抽头，三相输入电源与对应相原边中心抽头相 连；每相副边有一个绕组并且中心抽头；A相原边绕组首端与B相副边绕组首端相连， A相原边绕组末端与C相副边绕组末端相连，A相副边绕组首端与C相原边绕组首端相 连，A相副边绕组末端与B相原边绕组末端相连，B相原边绕组首端与C相副边绕组首 端相连，B相副边绕组末端与C相原边绕组末端相连；A、B、C三相原边中心抽头作为 变压器主三相电压输出端，三相副边中心抽头作为变压器辅三相电压输出端；所述主三 相电压输出端与主三相整流桥的三相输入端对应相连，所述辅三相电压输出端与辅三相 整流桥的三相输入端对应相连；主、辅三相整流桥的正端相连，作为变压整流器的正输 出端；主、辅三相整流桥的负端相连，作为变压整流器的负输出端。

进一步的，所述自耦变压器A相原边绕组和副边绕组的匝比为1∶2.73。

进一步的，所述自耦变压器B相原边绕组和副边绕组的匝比为1∶2.73。

进一步的，所述自耦变压器C相原边绕组和副边绕组的匝比为1∶2.73。

有益效果：本发明的不对称式P型12脉冲自耦变压整流器通过副边电压与原边电 压相量之和构造主、辅两组三相电压，不同时区，不同的主、辅电压矢量之和构成12 相输出电压，经整流桥并联输出含12个脉动的直流电压。与现有P型自耦连接的12脉 冲变压整流器相比，本发明结构十分简单，变压器绕组少、所有绕组截面积相同，且保 持了自耦变压器容量小的特点；12相输出线电压矢量经整流桥并联输出，二极管依据电 压矢量的切换顺序依次选通，不需要平衡电抗器。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明三相绕组的电压合成示意图；

图3为本发明三相绕组的电流合成示意图；

图4为本发明A相输入电流的理论波形图；

图5为本发明输出电压和输入电流的仿真波形；

图6为本发明A相输入电流频谱分析图；

上面附图中的主要符号说明：A相绕组：ap-原边绕组，as-副边绕组，B/C相与 A相相同；Va、Vb、Vc-a/b/c相输入相电压，Va1、Vb1、Vc1-主三相电压，Va2、Vb2、 Vc2-辅三相电压，isa、isb、isc-a相、b相、c相输入电流，ia1/ia2/ib1/ib2/ic1/ic2- a1/a2/b1/b2/c1/c2端输出电流，il～i9-变压器各绕组电流；B1-主三相整流桥，B2-辅 三相整流桥，Vout-整流器输出电压。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，不对称式P型12脉冲自耦变压整流器，包括不对称式P型移相自耦 连接的变压器、主三相整流桥和辅三相整流桥。其中，不对称式P型移相自耦变压器包 括A相、B相、C相，A、B、C三相变压器原边均包含一个绕组并且该绕组中心抽头，三 相输入电源连接对应相原边中心抽头。每相副边同样包含一个绕组且该绕组中心抽头。 A相原边绕组ap首端与B相副边绕组bs首端相连，A相原边绕组ap末端与C相副边绕 组cs末端相连，A相副边绕组as首端与C相原边绕组cp首端相连，A相副边绕组as 末端与B相原边绕组bp末端相连，B相原边绕组bp首端与C相副边绕组cs首端相连， B相副边绕组bs末端与C相原边绕组cp末端相连。A、B、C三相原边中心抽头a1、b1、 c1作为变压器主三相电压输出端，A、B、C三相副边中心抽头a2、b2、c2作为变压器 辅三相电压输出端。三相变压器的原边中心抽头a1、b1、c1连接主三相整流桥的三相 输入端，三相变压器的副边中心抽头a2、b2、c2连接辅三相整流桥的三相输入端，主 整流桥和辅整流桥直接并联输出。

通过合理设计匝比：每相原边绕组和副边绕组的匝比均为1∶2.73，使自耦变压器 移相产生一组主三相交流电压Va1、Vb1、Vc1和一组辅三相交流电压Va2、Vb2、Vc2， 两组电压矢量相位相反，并且辅矢量的幅值为主矢量的0.732倍，从而在不同时区，主 辅矢量之和构造12相输出电压。

基于上述变压器绕组结构和匝比关系，自耦变压器电压合成关系如附图2所示。主 矢量间的线电压构成6相输出电压矢量，主矢量与对应相位相反的辅矢量构成其余6相 输出线电压矢量；各输出线电压矢量长度相等，相邻矢量间隔为30度。以A相为例， Va1b1、Va1a2、Va1c1和Va2a1四个输出矢量给负载供电。变压整流器输出平均电压V_d与输入相电压有效值V_in之间的关系满足：