采用多分裂變壓器的高壓電源電路的制作方法

專利名稱：采用多分裂變壓器的高壓電源電路的制作方法
技術領域：
本發明屬于電路設計技術領域，尤其涉及一種采用多分裂變壓器的高壓電源電路。
背景技術：
大功率的電源系統中，系統方案的拓撲電路通常需要滿足調節范圍大、適應性廣的"適應性"要求和功率因數高、電網諧波注入量小的"高效性"要求，同時還要滿足在靈活多輸出、高可靠性的前提下提高電能質量等要求。
有載調壓是滿足上述要求的一種方案，其電路工作原理如下輸出調壓變壓器的有載分接開關置于低級檔位，當晶閘管觸發角調至最小角度仍不足以滿足電壓輸出時，調壓變壓器的有載分接開關自動調換擋位，提高變壓器次級電壓輸出，在此擋位區間內再采用晶閘管細調壓，滿足電壓輸出需求。其實質是改變了變壓器的線圈匝比，重新分配了變壓器的輸出電壓。在調壓變壓器最高檔時，串聯變壓器變比最大，形成直流輸出最低電壓；調壓變壓器最低檔時，串聯變壓器變比最小，形成直流輸出最高電壓。可見系統是通過有載分接開關將需求電壓分為了若干區間，通過在線調節的方法達到系統各點輸出。但是，采用這種方案有如下缺點
(1) 有載調壓變壓器產生損耗，降低了系統效率；
(2) 有載分接開關頻繁動作容易損壞，降低了系統可靠性，尤其是在有載分接開關換檔位電壓附近工作時。
移相橋是另外一種方案，其電路工作原理如下.*通過變壓器次級星/交聯
3接各帶一個三相全控晶閘管整流橋串聯方式得到6/12/24等脈波整流輸出形成單個整流單元，多個整流單元可以串并聯形成高壓或大電流輸出。通過每個整流橋橋臂上采用多只晶閘管串聯方式提高輸出電壓，可有效減少整流單元數。不過，這種方案也存在一些缺點
(1) 因變壓器次級星/角聯接，匝比匹配要求精度高，否則負載分配會不平均，且負載分配相差隨二次阻抗的減小而增大，同時引起5、 7等低次諧波的出現；
(2) 次級星/角聯接公用一個磁路， 一臺整流橋所產生的閥側換相缺口80%以上會被耦合到另一臺的閥側上，二者相互干擾，會激發高頻振蕩，產生過電壓，換向缺口處過高的dv/dt還有可能導致晶閘管被誤觸發，使系統工作不穩定；
(3) 晶閘管串聯方式對器件一致性、靜動態均壓設計和觸發技術要求嚴格，可靠性較低；串聯方式導致晶閘管的利用率也比較低。
綜上所述，在大功率電源的應用中，提高功率因數和效率，克服晶閘管易壞、減小直流側脈動和降低線路上的損耗，成為亟待解決的問題。

發明內容
本發明的目的在于，針對目前常用的大功率電源，存在的晶閘管易壞、直流側脈動較大以及線路損耗過高的缺陷，提出一種采用多分裂變壓器的高壓電源電路，用以克服上述缺陷。
本發明的技術方案是， 一種采用多分裂變壓器的高壓電源電路，其特征在于，所述高壓電源電路由兩套相移整流電源移相串聯或并聯構成，每套相移整流電源由多組三分裂的三相變壓器和三個疊橋整流單元組成；
所述多組三分裂的三相變壓器的輸入側并聯，三分裂的三相變壓器的相位分別相差相同的角度，每組三分裂的三相變壓器的同一相上各個原邊并聯，三分裂的三相變壓器分成三組輸入線和三組輸出線，每組同時有三相的輸入線和 三相的輸出線，每一組的三相輸出線接一個疊橋整流單元，各個疊橋整流單元
串聯后輸出；
所述疊橋整流單元由三個可控整流橋和三個分別與可控整流橋并聯的續 流二極管構成。
所述三分裂的三相變壓器的內層是移相繞組，移相繞組的外層是與移相繞 組相接的高壓繞組，最外層是低壓繞組。
本發明提供的采用多分裂變壓器的高壓電源電路，有效地克服了深控狀態 帶來的晶閘管容易損壞的問題，降低了網側電流諧波和電路部件上的諧波損 耗，同時增加直流輸出脈波，減小了直流輸出波動，從而提高了功率因數和電 網效率。


圖1是單套相移整流電源電路的結構圖2是三分裂的三相變壓器的繞組形式示意圖3是三分裂的三相變壓器內部結構示意圖4是本發明疊橋整流單元電路的結構圖5是本發明采用多分裂變壓器的高壓電源電路的結構圖6是本發明實施例提供的工作模式說明圖7是本發明實施例提供的工作模式1的示意圖8是本發明實施例提供的工作模式2的示意圖9是本發明實施例提供的工作模式3的示意圖10是本發明實施例提供的工作模式4的示意圖11是本發明實施例提供的工作模式5的示意圖； 圖12是本發明實施例提供的工作模式6的示意圖；圖13是本發明實施例提供的工作模式7的示意圖； 圖14是本發明實施例提供的工作模式8的示意圖； 圖15是本發明實施例提供的工作模式9的示意圖； 圖16是本發明實施例提供的工作模式10的示意圖。 圖17是本發明實施例提供的工作模式11的示意圖; 圖18是本發明實施例提供的工作模式12的示意圖; 圖19是本發明實施例提供的工作模式13的示意圖; 圖20是本發明實施例提供的工作模式14的示意圖; 圖21是本發明實施例提供的工作模式15的示意圖; 圖22是本發明實施例提供的工作模式16的示意圖; 圖23是本發明實施例提供的工作模式17的示意圖; 圖24是本發明實施例提供的工作模式18的示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅 僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。
圖1是單套相移整流電源電路的結構圖。圖1中，本發明相移整流電源是 多分裂變壓器的高壓電源電路的基本結構。相移整流電源電路由多組三分裂的 三相變壓器101和三個疊橋整流單元102組成。多組三分裂的三相變壓器101 的輸入側并聯，多組三分裂的三相變壓器101的相位分別相差相同的角度，即 如果三分裂的三相變壓器的相位分別用x、 y和z代表，則有y-x-z-y的關系式 成立。疊橋整流單元102由三個可控整流橋和三個分別與可控整流橋并聯的續 流二極管構成。
圖2是三分裂的三相變壓器的繞組形式示意圖。圖2中，本發明的每組三 分裂的三相變壓器的同一相上各個原邊并聯，每組三分裂的三相變壓器的三相輸出al、 a2、 a3分別作為整流單元的輸入。三分裂的三相變壓器的內層是移相 繞組，移相繞組的外層是與移相繞組相接的高壓繞組，最外層是低壓繞組。三 分裂的三相變壓器分成三組輸入輸出線，每組同時有三相的輸入線和三相的輸 出線，三組繞在同一個磁芯上面。每一組的三相輸出接一個疊橋整流單元，然 后把三個疊橋整流單元的輸出串起來。
圖3是三分裂的三相變壓器內部結構示意圖。圖3中，移相線圈在最里面， 緊挨著磁鐵芯，實際該線圈就是原邊。低壓紙組在最外層。A、 B、 C分別表示 表示變壓器的三相，1、 2、 3分別表示分裂成的三組。
圖4是本發明整流單元電路的結構圖。圖4中，疊橋整流單元由三個可控 整流橋和三個分別與可控整流橋并聯的續流二極管構成，各個疊橋整流單元的 輸出串起來。
圖5是本發明采用多分裂變壓器的高壓電源電路的結構圖。圖5中，本 發明提供的采用多分裂變壓器的高壓電源電路由兩套相移整流電源在輸入側 移相串聯或移相并聯構成。每套相移整流電源電路由多組三分裂的三相變壓 器101和三個疊橋整流單元102組成。滑動變阻器103用于控制電路的電流。 在實際使用中，可以根據需要，采用斷開和閉合開關的方式，控制三分裂的 三相變壓器和疊橋整流單元的使用，實現對電路輸出功率的控制。
實施例
設定多組三分裂的三相變壓器的相位為+25°、 +15°和-15°，并且采用每 個疊橋整流單元投入相等數量可控整流橋的模式，如+15°和-15°各投入相等 的l-3個橋可以組成12脈波串聯整流。每個疊橋整流單元的可控整流橋數 量投入可以不一樣，若+15°投入1個橋，-15。投入2個橋，貝U-15。網側電流較 大，而+15°網側電流較小，造成網側電流不平衡，破壞多重化效果，帶來網 側電流諧波成分加大，本征諧波向低次變化等不利影響。同樣不考慮無法形 成6的整數次倍的電源組合方式，如不采用+15°和-15°的組合，此時諧波電流大，供電質量差。
圖6是本發明實施例提供的工作模式說明圖。圖6中，例舉了本發明實 施例提供的18種工作模式，以及每種工作模式對應的輸出功率。其中，" 為電網輸入電壓、L為電路中的電流、Pi為電路輸出功率。
圖7是本發明實施例提供的工作模式1的示意圖。圖7中，疊橋整流 單元的可控整流橋和序流二極管被分開表示。圖7中，器件加深(使用黑 點)的部分表示通過開關控制后，有電流流過的器件。在工作模式l中， 投入兩套電源電路的18個整流橋中任意一個，電路此時工作于6脈波。該 模式中，諧波以5次和7次為主。
圖8是本發明實施例提供的工作模式2的示意圖。圖8中，疊橋整流單元 的可控整流橋和序流二極管被分開表示。圖8中，器件加深(使用黑點)的部 分表示通過開關控制后，有電流流過的器件。在工作模式2中，投入兩套電源 并聯12脈波工作，相當于兩個工作模式1共同工作。由于電流在兩套電源中 各占1/2，線路損耗下降，空載損耗變為2倍。該模式中，基本不含5、 7次諧 波，最大低次諧波為11次。
圖9是本發明實施例提供的工作模式3的示意圖。圖9中，工作模式3 投入單套任意疊橋整流單元的兩個整流橋串聯6脈波工作。
圖10是本發明實施例提供的工作模式4的示意圖。圖10中，工作模式4 中兩套電源工作于串聯12脈波，晶閘管數和工作模式3相同，但二極管增加 到16只，線路阻抗和變壓器空載損耗均加倍。
圖11是本發明實施例提供的工作模式5的示意圖。圖11中，工作模式 5中兩套電源工作于并聯12脈波，每套電源投入兩個串聯的整流橋，投入整 流橋數比工作模式3和工作模式4增加一倍，變為四個，相當于兩個工作模 式3同時工作，由于每套電源電流減半，相當于損耗功率減半，整流橋上損 耗并沒有增加。圖12是本發明實施例提供的工作模式6的示意圖。圖12中，工作模式6 投入一套高壓電源電路中的一個疊橋整流單元形成6脈波工作。該模式下的諧 波次數為5次和7次。
圖13是本發明實施例提供的工作模式7的示意圖。圖13中，工作模式 7的每個疊橋整流單元投入一個橋構成18脈波工作方式。該模式下的本征諧 波次數為17、 19次。
圖14是本發明實施例提供的工作模式8的示意圖。圖14中，工作模式8 的兩套高壓電源電路各投入一個相位差30°的疊橋整流單元并聯組成12脈波 方式。
圖15是本發明實施例提供的工作模式9的示意圖。圖15中，工作模式 9的每個疊橋整流單元各投入一個橋串聯，兩套高壓電源電路形成并聯，工 作于36脈波方式。該模式下的電流中只含有35和37次諧波，諧波次數提高， 諧波含量大大減少。
圖16是本發明實施例提供的工作模式10的示意圖。圖16中，工作模式 10投入30。相角差的疊橋整流單元的2個橋。
圖17是本發明實施例提供的工作模式11的示意圖。圖17中，工作模式 11投入兩套高壓電源電路，采用相位差30°的兩個疊橋整流單元構成12脈波 工作方式，最大諧波次數為11次。
圖18是本發明實施例提供的工作模式12的示意圖。圖18中，工作模式 12投入一套高壓電源電路，每個疊橋整流單元投入兩個整流橋形成18脈波工 作，最大諧波次數為17次。
圖19是本發明實施例提供的工作模式13的示意圖。圖19中，工作模式 13由兩套高壓電路電源的六個疊橋整流單元各投一個整流橋串聯組成36脈 波方式，最大諧波次數為35次。
圖20是本發明實施例提供的工作模式14的示意圖。圖20中，工作模式14由兩個工作模式12并聯工作，工作于36脈波方式，最大諧波次數為35次。
圖21是本發明實施例提供的工作模式15的示意圖。圖21中，工作模式 15投入一套高壓電源電路，采用所有疊橋整流單元形成18脈波工作。該模 式的諧波次數為17、 19次
圖22是本發明實施例提供的工作模式16的示意圖。圖22中，工作模式 16投入兩套高壓電源電路，投入所有疊橋整流單元構成36脈波工作方式，工 作模式16是兩個工作模式15并聯工作，功率可以提高一倍。工作模式16的 電流低次諧波為35、 37次。
圖23是本發明實施例提供的工作模式17的示意圖。圖23中，工作模式 17投入兩套高壓電源電路，每個疊橋整流單元投入兩個橋，兩套高壓電源電 路串聯，工作于36脈波，電流本征諧波為35、 37次。
圖24是本發明實施例提供的工作模式18的示意圖。圖24中，工作模式 18投入兩套高壓電源電路，投入所有疊橋整流單元構成36脈波工作方式，兩 套高壓電源電路串聯，電流本征諧波為35、 37次。
除去以上考慮，圖6中每一種模式仍有若干可選方式，如工作模式1有
4=18種可選方式，工作模式2可以由+15°和-15°的疊橋整流單元各出1個橋
組成，也可以+25°和-5。或-25°和+5°，所以共有3C;C^27種，其它類似，不一
一列舉。
由圖6和工作模式1-18可知，本發明充分發揮了橋串模式的優勢，組合 方式靈活，冗余度很高，在同樣的電壓、電流和功率要求下，有多種組合方 式可以選擇。選擇模式的依據第一點是調壓深度不要太大，以避免晶閘管 導通角小引起的無功功率加大，功率因數低，電能利用率低等不利影響，保 持在50%以內比較合適，要考慮"安全電壓裕量"，給最高輸出電壓和運行電 壓之間留出一定電壓調整值，以保證在電弧波動時有足夠調節空間。另外一
10點就是保證網側諧波盡量減少，在相同狀態下采取多脈波工作模式。
本發明能夠提供調節范圍較大的輸出功率，同時提高了功率因數和效率，
克服了晶閘管易壞和線路損耗過高的問題。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不
局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可
輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明
的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種采用多分裂變壓器的高壓電源電路，其特征在于，所述高壓電源電路由兩套相移整流電源移相串聯或并聯構成，每套相移整流電源由多組三分裂的三相變壓器和三個疊橋整流單元組成；所述多組三分裂的三相變壓器的輸入側并聯，三分裂的三相變壓器的相位分別相差相同的角度，每組三分裂的三相變壓器的同一相上各個原邊并聯，三分裂的三相變壓器分成三組輸入線和三組輸出線，每組同時有三相的輸入線和三相的輸出線，每一組的三相輸出線接一個疊橋整流單元，各個疊橋整流單元串聯后輸出；所述疊橋整流單元由三個可控整流橋和三個分別與可控整流橋并聯的續流二極管構成。
2. 根據權利要求1所述的一種采用多分裂變壓器的高壓電源電路，其特征在于，所述三分裂的三相變壓器的內層是移相繞組，移相繞組的外層是與移相繞組相接的高壓繞組，最外層是低壓繞組。
全文摘要
本發明公開了電路設計技術領域中的一種采用多分裂變壓器的高壓電源電路。所述高壓電源電路由兩套相移整流電源移相并聯構成，每套相移整流電源由三組三分裂的三相變壓器和三個疊橋整流單元組成；三組三分裂的三相變壓器的輸入側并聯，三組三分裂的三相變壓器的相位分別相差相同的角度，每組三分裂的三相變壓器的同一相上各個原邊并聯，每組三分裂的三相變壓器的三相輸出分別作為疊橋整流單元的輸入，各個疊橋整流單元串聯后輸出；疊橋整流單元由三個可控整流橋和三個分別與可控整流橋并聯的續流二極管構成。本發明克服了深控狀態帶來的晶閘管容易損壞的問題，降低了諧波損耗，減小了直流輸出波動，從而提高了功率因數和電網效率。
文檔編號H02M5/02GK101635514SQ200910091850
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月27日 優先權日2009年8月27日
發明者李中橋, 游小杰, 賀明智, 鄭瓊林, 郝瑞祥, 郭文杰 申請人:北京交通大學