[发明专利]一种基于全波斩控整流电路的直流供电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流供电系统，更具体的说，涉及一种基于全波斩控整流电路的直流供电系统。

背景技术

电力电子设备是一种典型的非线性设备，在运行过程中产生大量的谐波，对供电系统造成了很大的谐波污染，增加了系统损耗，并且会对临近的电气设备造成影响，使滤波电容过流。

目前，中大功率的UPS，变频器，大型数据中心等都采用二极管整流，经过大电容滤波后，提供一个稳定的直流电源，其交流侧电流畸变非常大，需要使用整流变压器，交流侧需要增加无功补偿和滤波设备，这增大了设备投资，运行和维护成本。并且当直流侧发生极间短路故障时，由于二极管整流的作用，交流侧会源源不断的给直流侧馈入故障电流，从而导致直流侧故障电流非常大。此外，由于直流电流没有过零点，因此很不容易切断故障线路，一般需要交流断路器进行故障清除，从而对同一直流母线的其它直流负载造成影响。

在船舶供电系统中，常常需要直流供电，也需要三相交流供电，如果采用三相全桥二极管整流电路来提供直流电源，会造成交流侧谐波非常大，对增加发电机的铁损和铜损。有文献采用12相发电机，内部嵌入二极管不控整流来获得24脉波整流电源，这虽然解决了交流侧的谐波问题，但是当直流侧发生故障时，故障电流很大，且不容易切断的问题仍然存在，且会对发电机的稳定运行造成重大影响。此外，12相发电机结构复杂，增加了设备的设计与制造难度。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明提供了一种基于全波斩控整流电路的直流供电系统，其中全波斩控整流电路的交流侧电流畸变很小，功率因数很高，其直流侧输出是一个稳定的直流电压，且在0到最大值之间任意可调。

本发明采用以下方法来实现本发明的目的。

一种基于全波斩控整流电路的直流供电系统，其特征在于：由交流电源，N个全波斩控整流电路以及一个或多个直流负载构成。

其中交流电源由N个单相交流电源组成，N个单相交流电源之间相互隔离；每个单相交流电源为一个全波斩控整流电路供电，接入全波斩控整流电路的交流侧。

N个全波斩控整流电路的直流侧依次串联连接，全波斩控整流器1的正极输出与全波斩控整流器N的负极输出分别连接到直流母线的正极和负极。

直流负载的直流侧输入的正极和负极分别连接到直流母线的正极和负极。

全波斩控整流电路包含单相全桥二极管整流电路，滤波电容，补偿电路，多重斩波电路。

单相全桥二极管整流电路作为全波斩控整流电路的交流输入，单相全桥二极管整流电路的直流侧接滤波电容（C），多重斩波电路的输入接滤波电容（C）的两端，多重斩波电路的输出作为全波斩控整流电路的输出；其中补偿电路的作用为补偿电容的充放电电流。

其中多重斩波电路由多个单重降压斩波电路构成，其中单重降压斩波电路由IGBT（T），二极管（D）和电感（L）构成，IGBT的集电极作为斩波电路的正极输入，IGBT的发射极，二极管（D）的阴极和电感（L）的一端相连，二极管（D）的阳极作为斩波电路的输入的负极和输出的负极，电感（L）的另一端作为斩波电路输出的正极。

多个单重斩波电路的正极输入相连作为多重斩波电路的正极输入，多个单重斩波电路的负极输入相连作为多重斩波电路的负极输入，多个单重斩波电路的正极输出相连作为多重斩波电路的正极输出，多个单重斩波电路的负极输出相连作为多重斩波电路的负极输出。

交流电源由三相交流电源和变压器组成，其中变压器的一次侧接三相交流电源，二次侧有N个线圈，且N个线圈相互隔离，每个线圈接全波斩控整流电路的交流侧输入。

所述的交流电源为交流发电机，该发电机有N个绕组，绕组之间相互隔离，每个绕组接一个全波斩控整流电路的交流侧输入。

如权利要求1所述的一种基于全波斩控整流电路的直流供电系统，其特征在于：所述的多重斩波电路中的IGBT的占空比为：

  (1)。

其中D为所述的直流斩波电路中IGBT的占空比，Vdc为所述的二极管整流电路直流侧电压瞬时值，I₁为直流斩波电路输出侧电流，G为等效电导；通过控制等效电导（G）的大小，便可以控制整流电路输出电压的大小。

其中滤波电容（C）和斩波电路可以等效为一个电导为G的电导，连接在二极管整流电路的直流侧，从而使二极管整流电路的交流侧电流为正弦波。

全波斩控整流电路的输出电压为：

   （2）。

设二极管整流电路交流侧电压的数学表达式为：

（3）。

则二极管整流电路直流侧电压表达式为：

（4）。