[发明专利]中间交流电压的单相交流变换器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种变压器技术领域的装置，具体是一种中间交流电压的单相交流变换器。

背景技术

电力电子变压器主要由电力电子变换器、高频变压器和控制器等组成。其中，由IGBT或IGCT等高频大功率电力电子器件组成的电力电子变换器是电力电子变压器的核心，其功能是完成电能的频率、幅值转换。高频变压器的功能是隔离及变压，控制器的功能是实现对电能变换、电压稳定和电能质量的控制。

经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号02139030.4，公开日：2003.03.12.记载了一种“电力电子变压器”，该技术电力电子变压器基于三相-三相矩阵变换器结构，中间环节非常复杂，实现难度非常高，经济性较低，难以实现和推广应用。

进一步检索发现，中国专利申请号200910025824.3，公开日：2009.11.04.记载了一种“多功能电力电子变压器”，该技术的电力电子变压器功能齐全，但是结构十分复杂，控制难度非常高，可行性较低，难以实现和获得广泛应用。

WANG JUN等，“智能电网技术”.IEEE Trans.on Industry Electronics Magzine工业电子杂志).2009年6月..记载了一种“基于传统思想的电力电子变压器技术”，该技术具有较强的功能，但是结构十分复杂，控制难度非常高，可行性较低。

随着SiC材料的研究和开发，基于SiC IGBT的电力电子变压器可以灵活输出满足不同用户要求的电力，而且由于采用高频整流与逆变技术、交流斩波技术，与传统电力变压器相比，具有体积小、重量轻、供电质量高、功率因数高、便于自动监控等优点，而且不存在铁心磁饱和等问题。

基于文献检索和查新结果，目前为止，电力电子变压器的发展仍然处于起始阶段，电路拓扑和控制算法仍然处于已有基本变换器拓扑组合和控制算法沿用阶段，表现为拓扑复杂和控制繁琐，功能缺陷，具有成本高、体积大和可靠性低等不足。为此需要提出新的电路拓扑和控制算法，使电力电子变压器具有控制简单和单位输入功率因数等优点。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种中间交流电压的单相交流变换器，通过在网侧将输入工频交流通过电力电子变换器升频为高频交流电，该高频交流电通过高频变压器耦合后经电力电子变换器降频还原成工频交流输出，实现网侧的单位输入功率因数，抑制网侧谐波电流供电网用户使用。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：依次级联的交流斩波电路、降压变换电路、波形变换电路和逆变滤波电路，其中：交流斩波电路将高压工频交流电压转换成高频脉冲交流电压并输出至降压变换电路，降压变换电路将高频脉冲高压交流电压滤波并转换为低压直流电压并输出至波形变换电路，波形变换电路改善网侧交流电压及电流波形并将低压直流电压输出至逆变滤波电路，逆变滤波电路将低压直流电压逆变并滤波成工频交流正弦波电压。

所述的交流斩波电路包括：用于交流斩波的单相矩阵变换器和与之相连接的输入滤波电路。

所述的用于交流斩波的单相矩阵变换器由四个桥接的单相变换单元组成，每一个单相变换单元由两组反向串联的SiC IGBT管和分别并联于各个SiC IGBT管上的功率二极管组成。

所述的输入滤波电路的输入端与交流电源相连，输出端与用于交流斩波的单相矩阵变换器相连。

所述的降压变换电路为高频变压器、用于降压变换的单相矩阵变换器、单相整流器和与之相连接的降压滤波电路，该降压变换电路包含有单相-单相矩阵变换器，与交流斩波电路中的单相-单相矩阵变换器的电路结构完全一样，工作原理相同，但是通过简单地配置PWM脉冲的发送规律，可以将交流斩波电路中单相-单相矩阵变换器输出经过高频变压器输出电压脉冲，还原成单相交流电压。此举可以使得网侧与后级的滤波器设计简化。

所述的高频变压器，其初级绕组的一端与用于交流斩波的单相矩阵变换器输出端相连，次级绕组的一端与用于降压变换的单相矩阵变换器的输入端相连。

所述的滤波电路的输入端与用于降压变换的单相矩阵变换器输出端相连，滤波电路的输出端与单相整流器相连。

所述的整流器为四个二极管组成的单相不控二极管整流器。

所述的波形变换电路包括：Y字形连接的逆导型开关、电感和功率二极管，该波形变换电路基于单相PFC概念，采用双闭环控制、单周期控制等调制算法，可以做到其输入端的等效负载就为阻性，从而确保交流斩波电路的输入端等效负载为阻性。升压型DC-DC变换器还可以设计成多级交错运行或并联运行，提升功率等级。