[实用新型]大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器

说明书

技术领域

本实用新型涉及整流器，特别涉及大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器。

背景技术

随着科学技术与工业现代化的迅猛发展和对节约能源的要求，应用于大功率场合的中高压电力电子变流器起着越来越重要的作用。近年来，多电平功率变流器（Multilevel Converter）在高电压大功率变频调速、有源电力滤波装置、高压直流（HVDC）输电系统和电力系统无功补偿等领域已得到成功的应用。多电平变流器的基本电路拓扑结构主要有二极管箝位式、飞跨电容式、以及功率单元级联式3种电路。其中，功率单元级联式多电平变流器因其模块化设计、可靠性高、谐波污染小、输入输出功率范围宽等优点而成为市场主流。然而，传统的功率单元级联式多电平功率变流器存在的主要缺点是在功率输入端需要应用体积庞大接线复杂的工频变压器，这使其在许多工业场合的应用受到了限制。因而，取消传统功率单元级联式多电平变流器电路中的工频变压器，设计出无工频变压器的级联式多电平变流器电路，将会给此类多电平变流器带来革命性的变革。在这个方向上的研究是电力电子与电力传动领域研究人员近年来一直关注的热点，是电力电子技术领域当前的重要研究课题之一。

公示发明专利《大功率级联式二极管H桥单位功率因数整流器》（CN201310177775.1，CN103269171A）提出了一种将单相H桥二极管整流器+Boost电路作为基本单元级联构成高压大功率级联整流器的方案，这种方案应用一定的控制算法可以使每个模块输出电压在负载不相等时保持平衡，输入电流波形接近正弦，输入电流和输入电压相位保持一致，实现单位功率因数整流。但是由于该方案的输入电感位于二极管整流之后，整流过程中在某种工况下某个或某多个电感中的电流会经过开关管和对应二极管整流桥形成环流，使这些二极管整流桥交流侧电压为零，从而导致级联的其他模块中二极管整流桥承受全部的电源电压，这就失去了通过级联二极管降低二极管耐压值的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述缺陷，提供第一种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，这种变流器将电感放到二极管整流桥的输入端，从而从根本上消除了电感中的电流经过开关管和对应二极管整流桥形成环流的可能，通过合适的控制方法，使级联各模块输出电压达到均衡，使输入电流接近正弦波形，并通过在整流器输入端增加较小容量的串联补偿，或并联补偿，或串并联补偿，使输入电压和输入电流保持同相位，实现单位功率因数整流。这种变流器无需使用工频移相变压器，工作效率高，体积小，重量轻，成本低，使用低耐压的功率开关管通过级联的方式完成高电压下的大功率整流变换。

为达到上述目的，本实用新型提供的一种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，包括主功率电路，所述主功率电路包括输入电感、单相二极管整流桥和N个第一模块单元，其中N为正整数，所述第一模块单元包括开关器件、快恢复二极管、输出直流电容和负载，N个所述第一模块单元中的开关器件的第二接线端与所级联的下一个所述第一模块单元中的开关器件的第一接线端依次相连，所述第一模块单元级联后所剩余两个自由端，即第一个第一模块单元中的开关器件的第一接线端与单相二极管整流桥的直流正输出端相连，第N个第一模块单元中的开关器件的第二接线端与单相二极管整流桥的直流负输出端相连，构成第二模块单元，所述主功率电路还包括单相串联补偿模块单元，所述单相串联补偿模块单元包括单相电力电子变流器、LC滤波器和变压器，其中，LC滤波器串联接在变压器的二次侧与单相电力电子变流器之间，所述变压器的一次侧与输入电感和第二模块单元串联接入交流电网。

本实用新型一种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其中所述单相串联补偿模块单元替换为单相并联补偿模块单元，所述单相并联补偿模块单元包括另一单相电力电子变流器、另一滤波电感和另一变压器，其中，另一滤波电感串联接在另一变压器的二次侧与单相电力电子变流器之间，所述另一变压器的一次侧与交流电网并联连接。

本实用新型一种大功率补偿型级联二极管H桥单位功率因数整流器，其中所述主功率电路还包括单相并联补偿模块单元和电容，所述单相并联补偿模块单元包括另一单相电力电子变流器、另一滤波电感和另一变压器，其中，另一滤波电感串联接在另一变压器的二次侧与单相电力电子变流器之间，所述电容并联接到所述单相电力电子变流器与所述另一单相电力电子变流器之间，所述另一变压器的一次侧与交流电网并联连接。