[发明专利]一种高频化配电变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高频化配电变压器，属于电力电子功率变换技术领域。

背景技术

目前的配电变压器高压侧大多为三相10kV输入，低压侧为380V/220V低 压三相四线制输出。这类配电变压器有四个缺点：(1)低压侧(即负载侧)的 功率因数直接影响高压侧，功率因数过低的负载必须要求进行功率因数补偿； (2)负载侧的谐波全部流入电网，会造成诸多危害，需要进行谐波补偿；(3) 负载侧的三相不平衡、过载、短路故障等因素会直接影响电网的电能质量和供 电可靠性。(4)通常这类工频配电变压器大多为油浸式，具有体积大、用材多、 易燃等固有缺点。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种高频化配电变压器，以减小配电变压 器的体积和重量，同时通过引入直流环节可以使电网和负载不再直接耦合，利 于实现网侧功率因数接近于1以及基本消除网侧电流谐波。

本发明的高频化配电变压器，其特征在于包括三相电压高频调制电路、高 频移相变压器、多脉整流电路以及逆变器输出模块；三相电压高频调制电路中 的每相桥臂包括n个串联的单相整流模块，n为正整数，以及数量为单相整流模 块m倍的逆变器模块，m为正整数，m个逆变器模块串联构成一个串联逆变器 组，共形成n个串联逆变器组；每相桥臂n个串联的单相整流模块的首端接高 压侧三相电网进线，末端与三相电网中点相连，每个单相整流模块的输出端与 一个串联逆变器组的输入端相连；高频移相变压器原边绕组及副边绕组的数量 分别与串联逆变器组的数量相同，各串联逆变器组的输出端分别与高频移相变 压器各原边绕组相连；高频移相变压器的三相副边绕组经星形、三角形、曲折 或者延边三角形接法后形成i个移相的三相绕组，i为正整数，i个移相的三相绕 组分别与i个多脉整流电路的输入端相连；i个多脉整流电路的输出端分别连接 至i个逆变器输出模块的输入端，i个逆变器输出模块的输出端经并联后接低压 侧三相四线制电网，或者i个多脉整流电路并联后形成j个输出端分别与j个逆 变器输出模块的输入端相连，j为小于i的正整数，j个逆变器输出模块的输出端 经并联后接低压侧三相四线制电网。

本发明中，所说的单相整流模块可以是四个二极管、晶闸管或全控器件组 成的全桥整流电路，如果采用晶闸管则能量也可以从负载端反馈到电网，成为 能量可以双向流动的配电变压器。

本发明中，三相电压高频调制电路中的逆变器模块可以是两电平或者三电 平单相全桥逆变电路；逆变器模块的数量一般为单相整流模块的1、2或3倍。

本发明中，所说的高频移相变压器可以是一个三相变压器，也可以由三个 单相变压器组成；高频移相变压器原边绕组匝数可以相同也可以不同，为保证 三相电压高频调制电路中多个单相整流模块的均压，通常使高频移相变压器原 边绕组匝数相同。

副边绕组选择的相移接法与多脉整流电路的脉波数相对应，即副边绕组根 据多脉整流所要求的脉波数选择接法以实现对应的相移。

本发明中，所说的逆变器输出模块可以采用四桥臂结构的三相全桥逆变电 路，利用其中一个桥臂引出零线并控制零线电位。为了抑制零线电位的波动， 可将所有逆变器输出模块引出的零线经过滤波后并联，构成低压侧三相四线制 电网的零线。

本发明的有益效果在于：由于高频移相变压器工作在高频调制方式下，其 开关频率一般为工频的一百倍以上，因此整个配电变压器的尺寸和重量可以大 幅降低。通过调节三相电压高频调制电路中逆变器模块的占空比，可实现输出 电压可调，当负载电流过大时，三相电压高频调制电路中的逆变器模块可通过 减小占空比加以限制，出现负载短路情况时可直接关闭三相电压高频调制电路 实现保护。这种配电变压器由于逆变输出模块的作用，相当于引入了直流环节， 可以使电网和负载不再直接耦合，当i个逆变器输出模块的输出的脉冲波形互相 错开一定的相位角时，则并联输出的交流更接近正弦波形，于是可以实现网侧 功率因数接近于1以及基本消除网侧电流谐波。本发明不仅适用于现有的工频 配电系统，多相配电系统，也可以用于高频配电系统，如400Hz的舰船配电系 统。

附图说明

图1是高频化配电变压器构成示意图；

图2是24脉整流时高频移相变压器副边绕组的一种接法示例；