采用級聯結構的高壓直流電源的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種直流電源，特別涉及一種可調的高壓直流電源。
【背景技術】
[0002]隨著科技的進步，直流可調高壓電源在越來越多的領域得到應用，特別是在電力電子電源領域中的應用越來越多，對大功率輸出的可調的高壓直流電源的要求也越來越高。目前，常見大功率高壓直流電源是采用一個調壓器，實現固定輸入交流電壓和可變交流輸出電壓的轉換，可變交流輸出電壓連接一個移相變壓器的原邊，移相變壓器的副邊連接若干整流二極管模塊實現整流功能，將移相變壓器副邊的交流輸出整流成直流輸出，最終通過整流二極管模塊級聯的方式輸出大功率高壓。當需要調整輸出電壓的幅值時，通常是采用調整輸入端的調壓器來達到調整輸出電壓的目的。這種方案需要采用調壓器進行調節輸出電壓，而調壓器的輸出響應較慢，不利于閉環控制。調壓器調節的僅僅是調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，導致控制精度不高。當輸出功率要求越大時，需要的調壓器的體積越大，成本也越高，輸出的直流電壓的諧波成分也大。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種采用級聯結構的高壓直流電源，解決了現有的大功率高壓直流電源調節控制精度低和輸出的直流電壓的諧波成分大的技術難題。
[0004]本發明是通過以下技術方案解決以上技術問題的:
本發明總體構思是通過在移相變壓器的輸出端并聯多路的串聯的整流、LC濾波、逆變電路，將各路逆變器進行級聯，從而達到抬高輸出直流電壓的目的，避免了使用升壓變壓器帶來的成本和體積的增大的難題；并通過各路逆變器的PWM信號的相互疊加，從而減輕直流電壓的諧波成分。
[0005]—種采用級聯結構的高壓直流電源，包括電網、移相變壓器、級聯二極管、LC濾波電路和逆變器，移相變壓器的一次側上連接有電網，在移相變壓器的第一路輸出上連接有第一級聯二極管，第一級聯二極管通過第一 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聯二極管，第二級聯二極管通過第二 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極連接在一起，第二逆變器的輸出負極與電源負輸出端連接在一起，多個電容串聯后，并聯在電源正輸出端與電源負輸出端之間。
[0006]根據可調高壓直流電源輸出的直流電壓，可采用多組逆變器級聯的方式。在移相變壓器的輸出端并聯設置的路數越多，級聯的級數越多，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并聯組成的。
[0007]一種采用級聯結構的高壓直流電源的調節方法，包括以下步驟:
第一步、移相變壓器的一次側上連接電網，在移相變壓器的第一路輸出上連接第一級聯二極管，第一級聯二極管通過第一 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聯二極管，第二級聯二極管通過第二 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極連接在一起，第二逆變器的輸出負極與電源負輸出端連接在一起;
第二步、在第一 IGBT連接第一脈寬調制(PWM)發生裝置，在第二 IGBT連接第二脈寬調制(PWM)發生裝置，兩個PWM發生裝置的載波的相位移相半個載波周期，第一脈寬調制(PWM)發生裝置和第二脈寬調制(PWM)發生裝置的調制波為相同信號。
[0008]本發明無調壓器，占地面積小，且節約成本。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。對輸出電壓采用閉環控制，采用PWM的控制方式進行調壓，輸出電壓控制更靈活精確，動態性能更好，系統保護功能響應迅速。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明的總體結構示意圖；
圖2是本發明的逆變器的結構框圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖對本發明做詳細說明:
一種采用兩組IGBT級聯結構的可調高壓直流電源，包括電網1、移相變壓器2、級聯二極管、LC濾波電路和逆變器，移相變壓器2的一次側上連接有電網1，在移相變壓器2的第一路輸出上連接有第一級聯二極管3，第一級聯二極管3通過第一 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聯二極管6，第二級聯二極管6通過第二 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的輸出負極連接在一起，第二逆變器8的輸出負極與電源負輸出端連接在一起，多個電容串聯后并聯在電源正輸出端與電源負輸出端之間。
[0011]根據可調高壓直流電源輸出的直流電壓，可采用多組逆變器級聯的方式。在移相變壓器的輸出端并聯設置的路數越多，級聯的級數越多，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并聯組成的。
[0012]—種采用級聯結構的高壓直流電源的調節方法，包括以下步驟:
第一步、移相變壓器2的一次側上連接有電網1，在移相變壓器2的第一路輸出上連接有第一級聯二極管3，第一級聯二極管3通過第一 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聯二極管6，第二級聯二極管6通過第二 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的輸出負極連接在一起，第二逆變器8的輸出負極與電源負輸出端連接在一起；
第二步、在逆變器中的第一 IGBT9連接有第一脈寬調制(PWM)發生裝置，在逆變器中的第二 IGBT10連接有第二脈寬調制(PWM)發生裝置，兩個PWM發生裝置的載波的相位移相半個載波周期，第一脈寬調制(PWM)發生裝置和第二脈寬調制(PWM)發生裝置的調制波為相同信號。
[0013]移相變壓器2的原理和技術特點:移相變壓器2是將二次側每組輸出的電壓波形岔開一定的相位，移相的效果是通過變壓器二次側每組輸出制作成延邊三角形的繞線方式來實現的。由于最終的高壓直流輸出需要每組逆變器的級聯來實現，假如沒有應用移相變壓器技術，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出現在同一時刻，級聯后，電壓波動會更加明顯。移相變壓器技術可以避免此情況的發生(每組逆變器的直流電壓的最大值和最小值會出現在同一時刻)，可以有效抑制整流后直流電壓的低次諧波。本設計的控制策略基于載波移相PWM控制技術。首先載波移相技術可以有效抑制PWM控制引起的輸出側的低次諧波，而且載波移相技術的應用，還可以很好的抑制輸入電流的畸變，減小對電網的影響。其次通過直流電壓的反饋信號來調節PWM的調制因數實現對直流輸出電壓的控制。通過檢測直流輸出電流和直流輸出電壓的反饋信號(用于直流電源或者負載發生故障時)，可以迅速的停發PWM脈沖，保護十分迅速。故障反饋信號同時也會觸發切斷主電路輸入的保護功能。通過檢測交流輸入電流和交流輸入電壓的反饋信號(用于電網、直流電源或者負載發生故障時)，可以迅速的停發PWM脈沖，保護十分迅速。故障反饋信號同時也會觸發切斷主電路輸入的保護功能。而且基于PWM控制策略的保護功能可以自由設置保護閾值，應用更加靈活。
【主權項】
1.一種采用級聯結構的高壓直流電源，包括電網(1)、移相變壓器(2)、級聯二極管、LC濾波電路和逆變器，其特征在于，移相變壓器(2)的一次側上連接有電網(1)，在移相變壓器(2)的第一路輸出上連接有第一級聯二極管(3)，第一級聯二極管(3)通過第一 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聯二極管(6)，第二級聯二極管(6)通過第二 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)的輸出負極連接在一起，第二逆變器(8)的輸出負極與電源負輸出端連接在一起，在電源正輸出端與電源負輸出端之間連接有電容。2.根據權利要求1所述的一種采用級聯結構的高壓直流電源，其特征在于，逆變器是由第一 IGBT (9)和第二 IGBT (10)并聯組成的。
【專利摘要】本發明公開了一種采用級聯結構的高壓直流電源，解決了現有的大功率高壓直流電源調節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（1）、移相變壓器（2）、級聯二極管、LC濾波電路和逆變器，通過在移相變壓器的輸出端并聯多路的串聯的整流、LC濾波、逆變電路，將各路逆變器進行級聯，從而達到抬高輸出直流電壓的目的，避免了使用升壓變壓器帶來的成本和體積的增大的難題；并通過各路逆變器的PWM信號的相互疊加，從而減輕直流電壓的諧波成分。輸出電壓控制更靈活精確，動態性能更好，系統保護功能響應迅速。
【IPC分類】H02M3/158, H02M7/217, H02M1/14
【公開號】CN105429466
【申請號】CN201510877201
【發明人】烏云翔, 岳凡, 任發, 邵詩逸, 劉洋, 常國梅
【申請人】北京賽思億電氣科技有限公司, 山西汾西重工有限責任公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月3日