專利名稱：基于h橋的高壓穩(wěn)壓電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及穩(wěn)定高壓電源的技木，特別是一種基于H橋的高壓穩(wěn)壓技木。
背景技術(shù)：
作為常用高壓6/1OkV電網(wǎng)系統(tǒng)來說，電網(wǎng)的任何波動(dòng)都會(huì)對(duì)用戶側(cè)有大的影響。穩(wěn)定的6/10kV，對(duì)所有設(shè)備都是ー種良性的保護(hù)。但在我國(guó)很多大型的行業(yè)，如鐵路用電，電解鋁廠用電，基本都是直掛電網(wǎng)。對(duì)電網(wǎng)有很大的沖擊和污染。這些用戶會(huì)使同網(wǎng)內(nèi)的電網(wǎng)忽然上升或下降，對(duì)同網(wǎng)內(nèi)的其他用戶照成強(qiáng)烈的干擾。另外，在電網(wǎng)出現(xiàn)接地故障或雷擊時(shí)，在只有斷路器的電網(wǎng)中，無法快 速保護(hù)后端設(shè)備不被干擾。高壓穩(wěn)壓電源的出現(xiàn)解決了高壓之間相互干擾的難題，可為所有用戶可以用穩(wěn)定無諧波的聞壓電源提供有力的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高壓穩(wěn)壓電源，通過在輸出端設(shè)置高壓濾波模塊和高壓地線，使高壓濾波模塊的中性點(diǎn)與串聯(lián)功率単元的中性點(diǎn)通過高壓地線相連接，使用戶得至IJ三相四線制高壓穩(wěn)壓電源，實(shí)現(xiàn)三相之間的互相平衡，保證輸出電壓穩(wěn)定。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)基于H橋的高壓穩(wěn)壓電源，包括移相變壓器、整流模塊、逆變模塊、高壓濾波模塊，電網(wǎng)高壓電經(jīng)移相變壓器，產(chǎn)生低壓交流電，經(jīng)三相全橋整流后得到直流電壓，此直流電壓作為逆變模塊中各個(gè)單元的直流側(cè)電壓供電電源；逆變模塊將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓后，經(jīng)多個(gè)功率単元直接串聯(lián)疊加，經(jīng)高壓濾波模塊輸出，本發(fā)明的特征在于，所述高壓濾波模塊的中性點(diǎn)與串聯(lián)功率単元的中性點(diǎn)通過高壓地線相連接，使用戶得到三相四線制高壓穩(wěn)壓電源，并可以保證用戶進(jìn)線三相之間完全平衡。所述的高壓穩(wěn)壓電源能夠?qū)崿F(xiàn)在進(jìn)線±15%浮動(dòng)的范圍下，穩(wěn)定輸出±1%以內(nèi)的低諧波穩(wěn)定高壓。本發(fā)明采用電流內(nèi)環(huán)，電壓外環(huán)的PID控制，在精確地輸出PT幫助下，完成精確地電壓控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是I)對(duì)輸入高壓無需太高要求，高壓穩(wěn)壓電源可以輸入高壓幅值在±15%內(nèi)，正常運(yùn)行；2)高壓穩(wěn)壓電源輸出幅值能保持穩(wěn)定在±1%內(nèi)，總諧波含量在3%內(nèi)，產(chǎn)生的非常干凈的高壓電源；3)高壓穩(wěn)壓電源能把后端用戶和電網(wǎng)隔離開，前端電網(wǎng)任何波動(dòng)無法影響到后端電路的正常工作，后端短路接地也無法反饋到前端去，影響整個(gè)電網(wǎng)；4)高壓穩(wěn)壓電源可以很好的保護(hù)后端電路，在后端失控后，可以在毫秒級(jí)切斷高壓輸出保護(hù)后端設(shè)備引起的各種失控狀態(tài)。


圖I是基于H橋的高壓穩(wěn)壓電源安裝位置圖；圖2是基于H橋的高壓穩(wěn)壓電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖3是基于H橋的高壓穩(wěn)壓電源拓?fù)涞墓β蕟?元結(jié)構(gòu)圖；圖4 (a)、圖4 (b)、圖4 (C)、圖4 (d)是功率單元開關(guān)狀態(tài)與電流流向圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體內(nèi)容作進(jìn)ー步詳細(xì)敘述。如圖I所示，基于H橋的高壓穩(wěn)壓電源，安裝在電網(wǎng)和用戶之間。見圖2，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括移相變壓器、整流模塊、逆變模塊、高壓濾波模塊，電網(wǎng)高壓電經(jīng)移相變壓器，產(chǎn)生低壓交流電，經(jīng)整流模塊三相全橋整流后得到直流電壓，此直流電壓作為逆變模塊中各個(gè)單元的直流側(cè)電壓供電電源；逆變模塊將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓后，經(jīng)多個(gè)功率単元直接串聯(lián)疊加，經(jīng)高壓濾波模塊輸出。高壓濾波模塊的中性點(diǎn)a與串聯(lián)功率單元的中性點(diǎn)b通過高壓地線D相連接，使用戶可以得到完全三相四線制帶高壓地線的IOkV (或其它電壓等級(jí))穩(wěn)壓電源，供用戶使用，并可以保證用戶進(jìn)線三相之間完全平衡。本發(fā)明采用電流內(nèi)環(huán)，電壓外環(huán)的PID控制，在精確地輸出PT幫助下，完成精確地電壓控制。 所述的逆變模塊包括三相，每相SnfH橋功率単元串聯(lián)而成，三相H橋功率単元的一端接在一起，另一端通過高壓濾波模塊接入用戶；高壓濾波模塊由電感、電容、電阻串聯(lián)構(gòu)成，電感La、Lb、Lc分別接于多個(gè)串聯(lián)H橋功率単元的輸出端，再依次與電容、電阻相連接；電感La、電容C3、電阻R3依次相連接，構(gòu)成U相的高壓濾波模塊；電感Lb、電容C2、電阻R2依次相連接，構(gòu)成V相的高壓濾波模塊；電感Lc、電容Cl、電阻Rl依次相連接，構(gòu)成W相的高壓濾波模塊，U、V、W相的高壓濾波模塊的一端接在一起構(gòu)成中性點(diǎn)a，再通過高壓地線D與三相功率單元接在一起的中性點(diǎn)b相連接。見圖3，功率單元逆變側(cè)為H橋結(jié)構(gòu)、整流側(cè)為由ニ極管Dl、D2、D3、D4、D5、D6組成的不可控全橋結(jié)構(gòu)。逆變側(cè)由四個(gè)開關(guān)器件IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4及直流側(cè)電容C組成，開關(guān)器件IGBTl和IGBT2相串聯(lián)，開關(guān)器件IGBT3和IGBT4相串聯(lián)，再和直流電容C并聯(lián)。并且四個(gè)開關(guān)器件IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4分別并聯(lián)一個(gè)反接ニ極管Dll、D22、D33、D44。IGBTl與IGBT2的公共端、IGBT3與IGBT4的公共端為該功率單元與其它功率單兀相連接的輸入、輸出端。本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)利用移相變壓器把入線高壓和出線高壓分開，并給功率単元直流母線供電，結(jié)合一定的調(diào)制方法，產(chǎn)生需要的多電平可變正弦波。逆變模塊主要由三相組成，每相由n個(gè)功率単元串聯(lián)而成。串聯(lián)功率単元的個(gè)數(shù)稱為單元級(jí)數(shù)，三相功率単元的一端接到一起，另一端通過電感接入電網(wǎng)。由于采用多電平輸出，串聯(lián)功率單元輸出的交流高壓含有更少的諧波，在經(jīng)過濾波裝置，就可以給用戶供應(yīng)完美無諧波穩(wěn)定電源?？刂艻GBT的柵極電壓使其導(dǎo)通或者關(guān)斷，可以使單元具有3種不同的電路狀態(tài)。第一種，如圖4 (a)，定義IGBTl關(guān)斷，IGBT2關(guān)斷，IGBT3關(guān)斷，IGBT4關(guān)斷，電流流經(jīng)4個(gè)續(xù)流ニ極管，形成整流電路，此時(shí)單元處于充電狀態(tài)。第二種，如圖4(b)，定義IGBTl導(dǎo)通，IGBT2關(guān)斷，IGBT3關(guān)斷，IGBT4導(dǎo)通，此時(shí)電容處于放電狀態(tài)。第三種，如圖4 (c)所示，定義 IGBT2、IGBT4 導(dǎo)通、IGBTl、IGBT3 關(guān)斷；或圖 4 Cd)所示，IGBTl、IGBT3 導(dǎo)通、IGBT2、IGBT4關(guān)斷,此時(shí)功率單元處于旁路狀態(tài)。 若功率單元級(jí)數(shù)選擇適當(dāng)，此電源可用在任何電網(wǎng)級(jí)別。所述的功率單元個(gè)數(shù)η是由要求輸出電壓等級(jí)決定的。如輸出3kV的電網(wǎng)電壓對(duì)應(yīng) 的n=6 ;輸出6kV的電網(wǎng)電壓，對(duì)應(yīng)的n=8或10 ;輸出IOkV的電網(wǎng)電壓，對(duì)應(yīng)的n=12或14 ;輸出20kV的電網(wǎng)電壓，對(duì)應(yīng)的n=24或26 ;輸出35kV的電網(wǎng)電壓時(shí)，對(duì)應(yīng)的n=40或42。
權(quán)利要求
1.基于H橋的高壓穩(wěn)壓電源，包括移相變壓器、整流模塊、逆變模塊、高壓濾波模塊，電網(wǎng)高壓電經(jīng)移相變壓器，產(chǎn)生低壓交流電，經(jīng)三相全橋整流后得到直流電壓，此直流電壓作為逆變模塊中各個(gè)單元的直流側(cè)電壓供電電源；逆變模塊將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓后，經(jīng)多個(gè)功率單元直接串聯(lián)疊加，經(jīng)高壓濾波模塊輸出，本發(fā)明的特征在于，所述高壓濾波模塊的中性點(diǎn)與串聯(lián)功率單元的中性點(diǎn)通過高壓地線相連接，使用戶得到三相四線制高壓穩(wěn)壓電源，并可以保證用戶進(jìn)線三相之間完全平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于H橋的高壓穩(wěn)壓電源，其特征在于，所述的高壓穩(wěn)壓電源能夠?qū)崿F(xiàn)在進(jìn)線±15%浮動(dòng)的范圍下，穩(wěn)定輸出±1%以內(nèi)的低諧波穩(wěn)定高壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于H橋的高壓穩(wěn)壓電源，包括移相變壓器、整流模塊、逆變模塊、高壓濾波模塊，電網(wǎng)高壓電經(jīng)移相變壓器，產(chǎn)生低壓交流電，經(jīng)三相全橋整流后得到直流電壓，此直流電壓作為逆變模塊中各個(gè)單元的直流側(cè)電壓供電電源；逆變模塊將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓后，經(jīng)多個(gè)功率單元直接串聯(lián)疊加，經(jīng)高壓濾波模塊輸出，本發(fā)明的特征在于，所述高壓濾波模塊的中性點(diǎn)與串聯(lián)功率單元的中性點(diǎn)通過高壓地線相連接，使用戶得到三相四線制高壓穩(wěn)壓電源，并可以保證用戶進(jìn)線三相之間完全平衡。該高壓穩(wěn)壓電源可實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)三相之間的互相平衡，保證輸出電壓穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H02M5/44GK102790535SQ20121023744
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者丁衛(wèi)東, 張其生, 張躍平, 李崇, 鄭帥, 黃新明 申請(qǐng)人:遼寧榮信電氣傳動(dòng)技術(shù)有限責(zé)任公司