采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的高壓直流電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直流電源，特別涉及一種可調(diào)的高壓直流電源。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步，直流可調(diào)高壓電源在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，特別是在電力電子電源領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越多，對(duì)大功率輸出的可調(diào)的高壓直流電源的要求也越來(lái)越高。目前，常見(jiàn)大功率高壓直流電源是采用一個(gè)調(diào)壓器，實(shí)現(xiàn)固定輸入交流電壓和可變交流輸出電壓的轉(zhuǎn)換，可變交流輸出電壓連接一個(gè)移相變壓器的原邊，移相變壓器的副邊連接若干整流二極管模塊實(shí)現(xiàn)整流功能，將移相變壓器副邊的交流輸出整流成直流輸出，最終通過(guò)整流二極管模塊級(jí)聯(lián)的方式輸出大功率高壓。當(dāng)需要調(diào)整輸出電壓的幅值時(shí)，通常是采用調(diào)整輸入端的調(diào)壓器來(lái)達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的。這種方案需要采用調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)輸出電壓，而調(diào)壓器的輸出響應(yīng)較慢，不利于閉環(huán)控制。調(diào)壓器調(diào)節(jié)的僅僅是調(diào)壓器副邊的交流電壓，而不是直接的電源的高壓直流電源的直流輸出電壓，導(dǎo)致控制精度不高。當(dāng)輸出功率要求越大時(shí)，需要的調(diào)壓器的體積越大，成本也越高，輸出的直流電壓的諧波成分也大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的高壓直流電源，解決了現(xiàn)有的大功率高壓直流電源調(diào)節(jié)控制精度低和輸出的直流電壓的諧波成分大的技術(shù)難題。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案解決以上技術(shù)問(wèn)題的:
本發(fā)明總體構(gòu)思是通過(guò)在移相變壓器的輸出端并聯(lián)多路的串聯(lián)的整流、LC濾波、逆變電路，將各路逆變器進(jìn)行級(jí)聯(lián)，從而達(dá)到抬高輸出直流電壓的目的，避免了使用升壓變壓器帶來(lái)的成本和體積的增大的難題；并通過(guò)各路逆變器的PWM信號(hào)的相互疊加，從而減輕直流電壓的諧波成分。
[0005]—種采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的高壓直流電源，包括電網(wǎng)、移相變壓器、級(jí)聯(lián)二極管、LC濾波電路和逆變器，移相變壓器的一次側(cè)上連接有電網(wǎng)，在移相變壓器的第一路輸出上連接有第一級(jí)聯(lián)二極管，第一級(jí)聯(lián)二極管通過(guò)第一 LC濾波器與第一逆變器輸入端連接，第一逆變器的輸出正極與電源正輸出端連接在一起，在移相變壓器的第二路輸出上連接有第二級(jí)聯(lián)二極管，第二級(jí)聯(lián)二極管通過(guò)第二 LC濾波器與第二逆變器輸入端連接，第二逆變器的輸出正極與第一逆變器的輸出負(fù)極連接在一起，第二逆變器的輸出負(fù)極與電源負(fù)輸出端連接在一起，多個(gè)電容串聯(lián)后，并聯(lián)在電源正輸出端與電源負(fù)輸出端之間。
[0006]根據(jù)可調(diào)高壓直流電源輸出的直流電壓，可采用多組逆變器級(jí)聯(lián)的方式。在移相變壓器的輸出端并聯(lián)設(shè)置的路數(shù)越多，級(jí)聯(lián)的級(jí)數(shù)越多，輸出的直流電壓的最大值就越大。逆變器是由第一 IGBT和第二 IGBT并聯(lián)組成的。
[0007]一種采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的高壓直流電源的調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟:
第一步、移相變壓器的一次側(cè)上連接電網(wǎng)，在移相變壓器的第一路輸出上連接第一級(jí)聯(lián)二極管，第一級(jí)聯(lián)二極管通過(guò)第一 LC濾波器與第一逆變器輸入端連接，第一逆變器的輸出正極與電源正輸出端連接在一起，在移相變壓器的第二路輸出上連接第二級(jí)聯(lián)二極管，第二級(jí)聯(lián)二極管通過(guò)第二 LC濾波器與第二逆變器輸入端連接在一起，第二逆變器的輸出正極與第一逆變器的輸出負(fù)極連接在一起，第二逆變器的輸出負(fù)極與電源負(fù)輸出端連接在一起;
第二步、在第一 IGBT連接第一脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生裝置，在第二 IGBT連接第二脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生裝置，兩個(gè)PWM發(fā)生裝置的載波的相位移相半個(gè)載波周期，第一脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生裝置和第二脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生裝置的調(diào)制波為相同信號(hào)。
[0008]本發(fā)明無(wú)調(diào)壓器，占地面積小，且節(jié)約成本。采用載波移相PWM控制，極大地降低了直流輸出電壓的低次諧波，且能夠有效抑制輸入電流波形的畸變。對(duì)輸出電壓采用閉環(huán)控制，采用PWM的控制方式進(jìn)行調(diào)壓，輸出電壓控制更靈活精確，動(dòng)態(tài)性能更好，系統(tǒng)保護(hù)功能響應(yīng)迅速。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的逆變器的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明:
一種采用兩組IGBT級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的可調(diào)高壓直流電源，包括電網(wǎng)1、移相變壓器2、級(jí)聯(lián)二極管、LC濾波電路和逆變器，移相變壓器2的一次側(cè)上連接有電網(wǎng)1，在移相變壓器2的第一路輸出上連接有第一級(jí)聯(lián)二極管3，第一級(jí)聯(lián)二極管3通過(guò)第一 LC濾波器4與第一逆變器5輸入端連接，第一逆變器5的輸出正極與電源正輸出端連接在一起，在移相變壓器2的第二路輸出上連接有第二級(jí)聯(lián)二極管6，第二級(jí)聯(lián)二極管6通過(guò)第二 LC濾波器7與第二逆變器8輸入端連接，第二逆變器8的輸出正極與第一逆變器5的輸出負(fù)極連接在一起，第二逆變器8的輸出負(fù)極與電源負(fù)輸出端連接在一起，多個(gè)電容串聯(lián)后并聯(lián)在電源正輸出端與電源負(fù)輸出端之間。
[0011]根據(jù)可調(diào)高壓直流電源輸出的直流電壓，可采用多組逆變器級(jí)聯(lián)的方式。在移相變壓器的輸出端并聯(lián)設(shè)置的路數(shù)越多，級(jí)聯(lián)的級(jí)數(shù)越多，輸出的直流電壓的最大值就越大。逆變器是由第一 IGBT9和第二 IGBT10并聯(lián)組成的。
[0012]—種采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的高壓直流電源的調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟:
第一步、移相變壓器2的一次側(cè)上連接有電網(wǎng)1，在移相變壓器2的第一路輸出上連接有第一級(jí)聯(lián)二極管3，第一級(jí)聯(lián)二極管3通過(guò)第一 LC濾波器4與第一逆變器5輸入端連接，第一逆變器5的輸出正極與電源正輸出端連接在一起，在移相變壓器2的第二路輸出上連接有第二級(jí)聯(lián)二極管6，第二級(jí)聯(lián)二極管6通過(guò)第二 LC濾波器7與第二逆變器8輸入端連接，第二逆變器8的輸出正極與第一逆變器5的輸出負(fù)極連接在一起，第二逆變器8的輸出負(fù)極與電源負(fù)輸出端連接在一起；
第二步、在逆變器中的第一 IGBT9連接有第一脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生裝置，在逆變器中的第二 IGBT10連接有第二脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生裝置，兩個(gè)PWM發(fā)生裝置的載波的相位移相半個(gè)載波周期，第一脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生裝置和第二脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生裝置的調(diào)制波為相同信號(hào)。
[0013]移相變壓器2的原理和技術(shù)特點(diǎn):移相變壓器2是將二次側(cè)每組輸出的電壓波形岔開(kāi)一定的相位，移相的效果是通過(guò)變壓器二次側(cè)每組輸出制作成延邊三角形的繞線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于最終的高壓直流輸出需要每組逆變器的級(jí)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)，假如沒(méi)有應(yīng)用移相變壓器技術(shù)，那么每組逆變器的直流電壓(主要是每組二極管整流后的六脈波)的最大值和最小值會(huì)出現(xiàn)在同一時(shí)刻，級(jí)聯(lián)后，電壓波動(dòng)會(huì)更加明顯。移相變壓器技術(shù)可以避免此情況的發(fā)生(每組逆變器的直流電壓的最大值和最小值會(huì)出現(xiàn)在同一時(shí)刻)，可以有效抑制整流后直流電壓的低次諧波。本設(shè)計(jì)的控制策略基于載波移相PWM控制技術(shù)。首先載波移相技術(shù)可以有效抑制PWM控制引起的輸出側(cè)的低次諧波，而且載波移相技術(shù)的應(yīng)用，還可以很好的抑制輸入電流的畸變，減小對(duì)電網(wǎng)的影響。其次通過(guò)直流電壓的反饋信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)PWM的調(diào)制因數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流輸出電壓的控制。通過(guò)檢測(cè)直流輸出電流和直流輸出電壓的反饋信號(hào)(用于直流電源或者負(fù)載發(fā)生故障時(shí))，可以迅速的停發(fā)PWM脈沖，保護(hù)十分迅速。故障反饋信號(hào)同時(shí)也會(huì)觸發(fā)切斷主電路輸入的保護(hù)功能。通過(guò)檢測(cè)交流輸入電流和交流輸入電壓的反饋信號(hào)(用于電網(wǎng)、直流電源或者負(fù)載發(fā)生故障時(shí))，可以迅速的停發(fā)PWM脈沖，保護(hù)十分迅速。故障反饋信號(hào)同時(shí)也會(huì)觸發(fā)切斷主電路輸入的保護(hù)功能。而且基于PWM控制策略的保護(hù)功能可以自由設(shè)置保護(hù)閾值，應(yīng)用更加靈活。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的高壓直流電源，包括電網(wǎng)(1)、移相變壓器(2)、級(jí)聯(lián)二極管、LC濾波電路和逆變器，其特征在于，移相變壓器(2)的一次側(cè)上連接有電網(wǎng)(1)，在移相變壓器(2)的第一路輸出上連接有第一級(jí)聯(lián)二極管(3)，第一級(jí)聯(lián)二極管(3)通過(guò)第一 LC濾波器(4)與第一逆變器(5)的輸入端連接在一起，第一逆變器(5)的輸出正極與電源正輸出端連接在一起，在移相變壓器(2)的第二路輸出上連接有第二級(jí)聯(lián)二極管(6)，第二級(jí)聯(lián)二極管(6)通過(guò)第二 LC濾波器(7)與第二逆變器(8)的輸入端連接在一起，第二逆變器(8)的輸出正極與第一逆變器(5)的輸出負(fù)極連接在一起，第二逆變器(8)的輸出負(fù)極與電源負(fù)輸出端連接在一起，在電源正輸出端與電源負(fù)輸出端之間連接有電容。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的高壓直流電源，其特征在于，逆變器是由第一 IGBT (9)和第二 IGBT (10)并聯(lián)組成的。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的高壓直流電源，解決了現(xiàn)有的大功率高壓直流電源調(diào)節(jié)控制精度低和輸出的直流電壓的諧波成分大的難題。包括電網(wǎng)（1）、移相變壓器（2）、級(jí)聯(lián)二極管、LC濾波電路和逆變器，通過(guò)在移相變壓器的輸出端并聯(lián)多路的串聯(lián)的整流、LC濾波、逆變電路，將各路逆變器進(jìn)行級(jí)聯(lián)，從而達(dá)到抬高輸出直流電壓的目的，避免了使用升壓變壓器帶來(lái)的成本和體積的增大的難題；并通過(guò)各路逆變器的PWM信號(hào)的相互疊加，從而減輕直流電壓的諧波成分。輸出電壓控制更靈活精確，動(dòng)態(tài)性能更好，系統(tǒng)保護(hù)功能響應(yīng)迅速。
【IPC分類(lèi)】H02M3/158, H02M7/217, H02M1/14
【公開(kāi)號(hào)】CN105429466
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510877201
【發(fā)明人】烏云翔, 岳凡, 任發(fā), 邵詩(shī)逸, 劉洋, 常國(guó)梅
【申請(qǐng)人】北京賽思億電氣科技有限公司, 山西汾西重工有限責(zé)任公司
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年12月3日