基于带等效无源开关脉波倍增电路的36脉波整流器

本发明属于电力电子。

背景技术：

1、多脉波整流器具有高可靠性，强鲁棒性以及简单的结构，常被用作获取电网电能的前端接口。为了提高多脉波整流器抑制谐波的性能，降低整流系统对电网电能质量的影响，在ieee-519和iec-16谐波标准的指导下，许多经典配置的多脉波整流器得到了发展。为了提高多脉波整流器抑制谐波的性能，一种方法是增加移相变压器的输出相数，从而增加整流器的脉波数，提高其抑制谐波的能力。到目前为止，多种18、20和24脉波的移相变压器结构已经被提出。当变压器的输出相数较多时，整流器的谐波抑制能力显著提高。然而，当输出电压具有更多相位时，变压器的绕组数量随之增长。这不仅增加了移相变压器的制造难度，而且难以保证其绕组之间的对称性，从而导致非特征次谐波的产生。另一种方法是在12脉波整流器的基础上采用抽头串联式脉波三倍增平衡电抗器来获得36脉波整流器，该方法无需增加移相变压器的复杂度，但它需要采用三个有源开关器件以及三套驱动和控制电路《miyairi s,iida s,nakata k,et al.new method for reducing harmonics involvedin input and output of rectifier with interphase transformer[j].ieeetransactions on industry applications》，这不仅会增加整流器的复杂度和成本，而且会降低整流器的可靠性。

技术实现思路

1、本发明目的是为了解决传统采用抽头串联式脉波三倍增平衡电抗器的36脉波整流器存在的结构复杂、可靠性低的问题，本发明提供了一种基于带等效无源开关脉波倍增电路的36脉波整流器。

2、基于带等效无源开关脉波倍增电路的36脉波整流器，包括移相变压器、第一二极管整流桥、第二二极管整流桥；移相变压器用于将电网输入的三相电压进行移相，生成两组幅值相同、相位差30°的三相电压，两组三相电压分别输入至第一二极管整流桥和第二二极管整流桥进行整流，第一二极管整流桥和第二二极管整流桥的正极性输出端分别与平衡电抗器的原边绕组同名端和异名端相连；

3、36脉波整流器还包括带等效无源开关脉波倍增电路，带等效无源开关脉波倍增电路包括第一辅助单相整流桥、辅助单相变压器、第二辅助单相整流桥和平衡电抗器；其中，第二辅助单相整流桥作为等效无源开关，且等效无源开关的开关状态由第二辅助单相整流桥的两个交流输入端间电压us2与第二辅助单相整流桥的正、负极性输出端间电压(ud1+ud2)/2的关系决定，ud1和ud2分别为第一二极管整流桥和第二二极管整流桥输出的直流电压；

4、平衡电抗器原边绕组中心抽头与第一辅助单相整流桥的负极性输出端和第二辅助单相整流桥的正极性输出端同时连接；

5、平衡电抗器的副边绕组同名端与第一辅助单相整流桥的第一交流输入端连接；平衡电抗器的副边绕组异名端与辅助单相变压器的原边绕组同名端连接；辅助单相变压器的原边绕组异名端与第一辅助单相整流桥的第二交流输入端连接；第一辅助单相整流桥的正极性输出端与负载正极性输入端连接；负载负极性输入端、第二辅助单相整流桥的负极性输出端、第一二极管整流桥的负极性输出端和第二二极管整流桥的负极性输出端同时连接；

6、辅助单相变压器的副边绕组同名端与第二辅助单相整流桥的第一交流输入端连接；辅助单相变压器的副边绕组异名端与第二辅助单相整流桥的第二交流输入端连接。

7、优选的是，通过设置辅助单相变压器及平衡电抗器的原、副边绕组匝比，使第二辅助单相整流桥中每个二极管的导通时间为其两个交流输入端间电压周期的1/3，且第一二极管整流桥和第二二极管整流桥正极性输出端输出的电流均为三电平阶梯直流电流，第一二极管整流桥和第二二极管整流桥正、负极性输出端间输出的直流电压均为等宽的六脉波直流电压。

8、优选的是，辅助单相变压器的原、副边绕组匝比为65.8，平衡电抗器的原、副边绕组匝比为0.324。

9、优选的是，第一辅助单相整流桥包括二极管d1、二极管d2、二极管d3和二极管d4；

10、二极管d1的阳极与二极管d2的阴极连接后，作为第一辅助单相整流桥的第一交流输入端；

11、二极管d3的阳极与二极管d4的阴极连接后，作为第一辅助单相整流桥的第二交流输入端；

12、二极管d1的阴极与二极管d3的阴极连接后，作为第一辅助单相整流桥的正极性输出端；

13、二极管d2的阳极与二极管d4的阳极连接后，作为第一辅助单相整流桥负极性输出端。

14、优选的是，第二辅助单相整流桥包括二极管d5、二极管d6、二极管d7和二极管d8；

15、二极管d8的阳极与二极管d7的阴极连接后，作为第二辅助单相整流桥的第一交流输入端；

16、二极管d5的阳极与二极管d6的阴极连接后，作为第二辅助单相整流桥的第二交流输入端；

17、二极管d5的阴极与二极管d8的阴极连接后，作为第二辅助单相整流桥的正极性输出端；

18、二极管d6的阳极与二极管d7的阳极连接后，作为第二辅助单相整流桥的负极性输出端。

19、优选的是，带等效无源开关脉波倍增电路包括三种工作模式，具体为：

20、工作模式ⅰ：当|us2|<(ud1+ud2)/2时，与辅助单相变压器的副边绕组连接的第二辅助单相整流桥中所有二极管都反偏截止，辅助单相变压器和平衡电抗器副边绕组处于非工作状态，此时，第一二极管整流桥和第二二极管整流桥共同为负载供电；

21、工作模式ⅱ：当|us2|>(ud1+ud2)/2、且ud1>ud2时，第一辅助单相整流桥中二极管d2和二极管d3反偏截止，二极管d1和二极管d4正向导通；第二辅助单相整流桥中二极管d6和二极管d8反偏截止，二极管d5和二极管d7正向导通；辅助单相变压器和平衡电抗器处于工作状态，此时，第一二极管整流桥和第二二极管整流桥共同为负载供电；

22、工作模式ⅲ：当|us2|>(ud1+ud2)/2、且ud1＜ud2时，第一辅助单相整流桥中二极管d1和二极管d4反偏截止，二极管d2和二极管d3正向导通；第二辅助单相整流桥中二极管d5和二极管d7反偏截止，二极管d6和二极管d8正向导通；辅助单相变压器和平衡电抗器处于工作状态，此时，第一二极管整流桥和第二二极管整流桥共同为负载供电。

23、本发明的优点：

24、本发明提供了基于带等效无源开关脉波倍增电路的36脉波整流器，它具有电路结构简单，便于生产、可靠性高和成本低廉等优点，它们仅需在并联型12脉波整流器的直流侧构造带等效无源开关脉波倍增电路来调制第一二极管整流桥和第二二整流桥输出电流的状态数，从而将并联型12脉波整流器的脉波数进行3倍倍增，有效抑制并联型12脉波整流器的输入电流谐波和输出电压脉动，使得整流器的输入电流thd能满足大多数工业应用要求。其中，并联型12脉波整流器由第一二极管整流桥、第二二极管整流桥和平衡电抗器构成。

25、本发明所述的基于带等效无源开关脉波倍增电路的36脉波整流器，与现有采用抽头串联式脉波三倍增平衡电抗器的36脉波整流器相比，本发明无需采用任何的有源开关器件，仅需采用两个辅助单相整流桥、一个辅助单相变压器、和一个平衡电抗器构造带等效无源开关脉波倍增电路，并通过合理设计平衡电抗器和辅助单相变压器原副边绕组的匝比，即可获得3倍增整流器脉波数的能力，主要用于实现不增加有源开关器件情况下的脉波倍增。本发明具有电路结构简单、成本低廉和可靠性高的优点。