一种单相半控对称桥臂插入式七电平整流器

文献发布时间：2024-05-31 01:29:11

技术领域

本发明涉及一种单相多电平整流器，具体涉及一种单相半控对称桥臂插入式七电平整流器。

背景技术

随着电力电子技术的高速发展，相关技术对系统效率，电能质量和精度要求越来越高。在中高压大功率场合下，由于高压直流输电系统的电压等级以及功率容量比较高，电力电子器件耐压能力将受到限制，网侧产生的高次谐波也影响着电力系统的正常运行。在现代电力电子的应用领域中，经常使用的单相两电平变流器的拓扑结构逐渐无法满足现代电力电子设备的需求。而多电平整流技术在大容量，中高电压场合具有更多的应用方向，多电平变流器的使用可以获得更多等级的输出电压，同时使输出的电压波形更接近于正弦波，降低对电网的谐波污染，且具有更高的效率。因此结构简单，模块化程度高，换流方式简单的多电平拓扑成为学术界的一个研究热点。

发明内容

本发明为一种单相半控对称桥臂插入式七电平整流器，该整流器在包含大量反并联二极管开关器件时又增加了二极管的使用数量，使电路具有较高的可控性，且大大减少了成本；在同等功率条件下，本发明整流器相较于传统单相两电平变流器，谐波含量更低，滤波电感体积更小，功率器件电压应力更小，效率更高。

本发明采取的技术方案为：

一种单相半控对称桥臂插入式七电平整流器，该整流器包括：

交流电源U

开关管S

二极管D

开关管S

二极管D

开关管S

二极管D

电容C

所述开关管S

所述电容C

该七电平整流器，包括8种工作模态：(电容电压分别为U

(1)电源U

模态1：开关管S

模态2：开关管S

模态3：开关管S

模态4：开关管S

(2)电源U

模态5：开关管S

模态6：开关管S

模态7：开关管S

模态8：开关管S

8种工作模态中，电容电压

本发明一种单相半控对称桥臂插入式七电平整流器，技术效果如下：

1)本发明七电平整流器具有升压，整流功能，直流侧的三个等值电容采用同向串联的方式实现七电平电路，且功率器件的电压应力小，可以适当选择更低规格的开关器件，降低成本。

2)本发明七电平整流器，相较于传统两电平整理电路，能够降低谐波含量，从而减小滤波电感的体积，达到更高的功率密度。

3)本发明七电平整流器电路中增加了二极管的使用数量，减少了开关器件的使用数量，大大降低了成本。

附图说明

图1是本发明一种单相半控对称桥臂插入式七电平整流器电路原理图；

图2为七电平整流器工作模态1电流路径示意图；

图3为七电平整流器工作模态2电流路径示意图；

图4为七电平整流器工作模态3电流路径示意图；

图5为七电平整流器工作模态4电流路径示意图；

图6为七电平整流器工作模态5电流路径示意图；

图7为七电平整流器工作模态6电流路径示意图；

图8为七电平整流器工作模态7电流路径示意图；

图9为七电平整流器工作模态8电流路径示意图；

图10是本发明中七电平整流器载波调制策略示意图；

图11为七电平整流器输入电压U

图12为七电平整流器电压U

图13为七电平整流器输出直流电压U

图14为七电平整流器负载减半时电压U

图15为七电平整流器负载减半时输出直流电压U

具体实施方式

如图1所示，一种单相半控对称桥臂插入式七电平整流器，该整流器包括：

交流电源U

电感L的另一端分别与开关管S

开关管S

二极管D

开关管S

二极管D

开关管S

二极管D

电容C

开关管S

二极管D

两个对称且结构相同的二极管-开关管回路由二极管D

所述开关管S

所述电容C

下面说明本发明一种单相半控对称桥臂插入式七电平整流器的具体工作原理，七电平整流器共有8种工作模态，其中：电容电压

(1)电源U

图2为模态1电流路径示意图：开关管S

图3为模态2电流路径示意图：开关管S

图4为模态3电流路径示意图：开关管S

图5为模态4电流路径示意图：开关管S

(2)电源U

图6模态5电流路径示意图：开关管S

图7为模态6电流路径示意图：开关管S

图8为模态7电流路径示意图：开关管S

图9为模态8电流路径示意图：开关管S

表1为整流器开关管脉冲分配方式以及电压U

表1整流器开关管脉冲分配方式以及电压U

图10为本发明七电平整流器多载波调制策略的示意图。如图10所示，调制信号U

为验证本发明一种单相半控对称桥臂插入式七电平整流器能够实现七电平功能，在多载波调制策略下，进行实验验证，实验参数：输入电压有效值220V，工作频率50Hz，电感2mH，三个等值电容4000uF，开关频率10kHz，负载100Ω。

图11为七电平整流器输入电压U

图12为七电平整流器电压U

图13为七电平整流器输出直流电压U

图14和图15分别为七电平整流器负载减半时电压U

完整全部详细技术资料下载