一种使用直流侧电流直接注入法的大功率整流器

摘要

本发明公开了一种使用直流侧电流直接注入法的大功率整流器，它旨在解决普通大功率整流系统输入电流谐波含量高、电流总谐波畸变率大的问题。该大功率整流器包括隔离变压器、三组单相全桥整流电路、平衡电抗器、三相桥式逆变电路和控制电路。隔离变压器用于产生三组存在120

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用直流侧电流直接注入法的大功率整流器，属于电力电子技术领域。

背景技术

在大功率整流技术中，单相或者三相全桥整流电路得到了广泛的应用。但是由于整流桥中整流装置的强非线性，产生了大量污染电网的谐波，严重影响了大功率整流器交流测的电能质量。因此，有效抑制整流系统产生的谐波，将总谐波畸变率控制在允许范围内，提高交流测电能质量，成为电力电子技术研究的重要课题。在整流器直流侧进行有源谐波抑制成为解决该问题的重要手段。

目前，在大功率整流器直流侧有源谐波抑制技术研究中，辅助器件采用带副边的有源平衡电抗器较为常见。它通过向有源平衡电抗器副边注入补偿电流，使得系统输入电流趋于正弦波，显著改善了大功率整流系统交流测电能质量。同时，可以采用PWM整流电路接在有源平衡电抗器副边，对谐波能量进行回收，提高功率因数。不过，由于平衡电抗器副边的存在，一定程度上加大了系统的体积和成本。另外，在大功率整流器中，系统参数的不对称会降低直流侧有源谐波抑制技术的谐波抑制性能。作为大功率整流器的必需器件，移相变压器绕组多，结构复杂，会降低变压器制造精度，同时三相磁轭不等会加剧系统的不对称，降低系统谐波抑制性能。综合分析上述整流器的优缺点，本发明提出了一种使用直流侧电流直接注入法的大功率整流器，该整流器使用具有参数对称性的隔离变压器作为移相变压器，使用平衡电抗器替代带副边的有源平衡电抗器，通过直接向平衡电抗器注入电流，对整流桥输出电流进行补偿，达到抑制整流器输出电流谐波的目的。

发明内容

为了提高现有大功率整流器的谐波抑制能力，本发明的目的在于提供一种使用直流侧电流直接注入法的大功率整流器，通过控制三相桥式逆变电路中IGBT的导通和关断，向平衡电抗器直接注入电流，进行电流补偿，使得流过平衡电抗器的电流满足抑制交流测输入电流谐波的要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种使用直流侧电流直接注入法的大功率整流器，包括：隔离变压器，三组单相全桥整流电路，平衡电抗器，三相桥式逆变电路，控制器电路。

隔离变压器作为移相变压器，其原边绕组采用三角形联结，副边绕组相互独立，相位依次相差120°，三相交流电压与变压器原边相连接，为系统供电，三个独立的副边绕组分别与三组单相全桥整流电路相连接；三个单相全桥整流电路采用并联连接方式，其输出端的阳极分别与平衡电抗器的三个输入端相连，其输出端的阴极连接在一公共点；平衡电抗器的主要作用是吸收三个单相全桥整流电路的输出电压瞬时差，确保三个单相全桥整流电路能够独立的并联工作；控制电路通过控制三相桥式逆变电路中IGBT的导通和关断，向平衡电抗器注入补偿电流，以提高交流侧电能质量，降低电流谐波总畸变率，使输入电流波形趋于正弦；负载的一端与平衡电抗器的输出端相连接，另一端与三个单相全桥整流电路的输出端的阴极相连接。

本发明采用隔离变压器作为移相变压器，在某些输入与输出电压等级差别比较大的场合，使得该整流器的安全性更高；控电路计算整流器所需要的补偿电流，通过控制三相桥式逆变电路中IGBT的导通和关断，向平衡电抗器直接注入补偿电流，相比于采用有源平衡电抗器，本发明在保证交流侧电能质量的同时，有效减少了系统的体积和成本，提高了功率密度。

由于采用以上技术方案，本发明相比现有技术具有以下有益效果：1)采用直流侧电流直接注入法可以有效抑制整流器输入电流中的谐波，并且三相桥式逆变电路的等效容量小，仅占系统输出功率的很小一部分。

2)本发明所采用的基于三相桥式逆变电路的直接电流注入法具有较好的适应性，不需要任何修改就能与整流系统相适应，即使去掉逆变电路，系统仍能正常工作。

3)本发明所采用的三相桥式逆变电路，其相关技术已相当成熟，便于实际生产应用。

4)本发明所采用的方法，不仅能抑制谐波，改善交流测电能质量，而且可以消除由于三相电压不对称带来的负面影响。

附图说明

图1为本发明的电路结构示意图。

图2为本发明所采用的隔离变压器绕组结构图。

图3为平衡电抗器绕组结构图。

图1、图2、图3中i_a、i_b、i_c为三相输入电流，i₁、i₂、i₃为隔离变压器输入绕组电流，i_a1、i_b1、i_c1为隔离变压器输出绕组电流，也即三组单相全桥整流电路的输入电流，i_x1、i_x2、i_x3为注入平衡电抗器的补偿电流，i_d1、i_d2、i_d3为三组单相全桥整流电路输出电流，i_d为负载电流，v_dc为三相桥式逆变电路中的电压源，a、b、c为隔离变压器原边绕组，a1、b1、c1为隔离变压器副边绕组。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式所述的使用直流侧电流直接注入法的大功率整流器，它包括隔离变压器1、第一组单相全桥整流电路2、第二组单相全桥整流电路3、第三组单相全桥整流电路4、平衡电抗器5、三相桥式逆变电路6、控制电路7。

隔离变压器1作为移相变压器，其原边绕组与三相交流电压u_a、u_b、u_c相连，三组副边绕组分别与第一组单相全桥整流电路2、第二组单相全桥整流电路3、第三组单相全桥整流电路4相连接；第一组单相全桥整流电路2、第二组单相全桥整流电路3、第三组单相全桥整流电路4采用并联方式相互连接，其输出端的阴极连接在一公共点L，第一组单相全桥整流电路2的输出端阳极与平衡电抗器5的第一个绕组连接于点d1，第二组单相全桥整流电路3的输出端阳极与平衡电抗器5的第二个绕组连接于点d2，第三组单相全桥整流电路4的输出端阳极与平衡电抗器5的第三个绕组连接于点d3；平衡电抗器5吸收三组单相全桥整流电路的输出电压瞬时差，确保三组单相全桥整流电路独立并联工作；控制电路7控制三相桥式逆变电路6中IGBT的导通和关断，向平衡电抗器5注入补偿电流，以提高交流侧电能质量，使输入电流波形趋于正弦；负载的一端与平衡电抗器的输出端o相连接，另一端与三组单相全桥整流电路的输出端阴极相连接。

本实施方式所述的使用直流侧电流直接注入法的大功率整流器，通过向整流器直流侧的平衡电抗器注入补偿电流，达到抑制输入电流谐波的效果。

具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一的进一步限定，所述的使用直流侧电流直接注入法的大功率整流器，其抑制谐波的具体方法是：

控制电路7采集整流器输入电压u_a、u_b、u_c生成同步信号，采集负载电流与同步信号一同送入补偿电流发生器，得到完全抑制整流器输入电流谐波所需的期望补偿电流；期望补偿电流与实际补偿电流进行比较，利用得到的差值生成PWM信号，对三相桥式逆变电路6进行闭环控制；三相桥式逆变电路6产生补偿电流，并直接将补偿电流注入平衡电抗器5的a、b、c端，对单相全桥整流电路2、3、4的输出电流进行调制，使整流器交流测输入电流波形趋于正弦。

具体实施方式三：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一的进一步限定，所述隔离变压器1原边绕组采用三角形连接，副边绕组相互独立，相位依次相差120°。变压器由三个芯柱（1）、芯柱（2）、芯柱（3）和原边绕组a、原边绕组b、原边绕组c、副边绕组a1、副边绕组b1、副边绕组c1组成，

绕组a、绕组b、绕组c为变压器的原边绕组，采用三角形连接，其正极性端分别与三相交流电压u_a、u_b、u_c相连，绕组a1、绕组b1、绕组c1为隔离变压器1的三个副边绕组。

绕组a和绕组a1位于同一磁芯柱上，绕组b和绕组b1位于同一磁芯柱上，绕组c和绕组c1位于同一磁芯柱上。

本实施方式采用隔离式变压器，由于电气隔离，使得变压器具有较高的安全性。

具体实施方式四：下面结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一的进一步限定，所述平衡电抗器5由三个芯柱（1）、芯柱（2）、芯柱（3）和绕组x、绕组y、绕组z组成；绕组x的输入端d1与第一组单相全桥整流电路2的输出端阳极相连接，绕组y的输入端d1与第二组单相全桥整流电路3的输出端阳极相连接、绕组z的输入端d1与第三组单相全桥整流电路4的输出端阳极相连接；绕组x的输出端、绕组y的输出端、绕组z的输出端连接于公共点o，该点与负载相连。