分裂桥臂式串联型有源电力滤波器制造技术

本发明专利技术提供一种单相、三相分裂桥臂式串联型有源电力滤波器，属于电力谐波抑制技术领域。该装置包括由匹配变压器、功率管与二极管串联的分裂桥臂、有源电力滤波器交流侧分裂电感和有源电力滤波器直流侧电容，它不仅电路结构简单，控制容易，而且能够避免桥臂直通的危险，同时兼有优异的滤波性能。本发明专利技术可广泛适用于对电网供电质量要求和系统可靠性要求高的行业，如航空、航天、军事设备制造等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分裂桥臂式串联型有源电力滤波器，主要用于各种可靠性要求较高的场合中谐波电压(流)的抑制。属于有源电力滤波器领域。
技术介绍
电力电子技术的飞速发展，不仅促进了电力电子装置的迅速普及，同时也加重了电网的谐波污染，使得电网的安全稳定运行存在威胁。近年来逐渐增多的变频器、开关电源、UPS等装置都是电压型谐波源，而LC无源滤波器和并联型有源电力滤波器都不适用于补偿这类谐波源。串联型有源电力滤波器(SeriesActive Power Filter, SAPF)可以有效补偿电压源型谐波，在目前和未来都将是补偿这类谐波源的先进主流方法之一。传统的串联型有源电力滤波器(SAPF)系统的结构图如图1所示。SAPF主电路由电压源型变流器、输出滤波器构成，通过耦合变压器接入电网。图中，T为耦合变压器，L为输出滤波器，C为SAPF主电路直流侧电容。传统SAPF主电路采用双开关管串联的桥式结构，这种结构在开关管高频工作时可能会引起正负直流母线直通的问题，从而损坏开关管，使得系统无法正常工作，系统可靠性大大降低。因此，防止桥臂直通对SAPF的广泛应用十分重要。现有技术中防止桥臂直通的最常见方法是增加开关死区时间，这样虽然可以大大降低桥臂直通的可能性，但是随着死区时间的增加，主电路的输出电流误差也会增大，SAPF的滤波特性受到影响，电网中的谐波就不能得到很好的滤除；而且这种方法也无法从根本上解决桥臂直通的问题。其他方法亦多从控制上着手解决桥臂直通问题，但只要传统的双开关管串联结构存在，正负直流母线的直通威胁就不会彻底消除。同时，传统桥式结构中，电感电流续流时流经开关管体二极管。由于开关管体二极管性能较差，波形质量受到影响，开关损耗也较高，开关频率受到限制，滤波性能很难进一步提闻。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的在于以高可靠性和高品质供电要求的电网系统为对象，针对现有技术的不足，提出一种单相、三相分裂桥臂式串联型有源电力滤波器，通过将功率管与二极管串联组成桥臂单元，有效地杜绝桥臂直通的危险，同时具有良好的谐波补偿特性。技术方案本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案方案一,适用于单相电网系统一种单相分裂桥臂式串联型有源电力滤波器，所述有源电力滤波器输入端、输出端分别与交流电网输出端和非线性负载输入端连接；所述交流电网、非线性负载分别是单相电源和单相负载，其中非线性负载的输出端与交流电网输入端连接；其特征在于所述有源电力滤波器包括滤波器主电路及其控制驱动电路；所述滤波器主电路包括匹配变压器、交流侧分裂电感、第一分裂桥臂、第二分裂桥臂和直流侧电容；其中，所述匹配变压器包括原边和副边；原边输入端作为滤波器主电路输入端与交流电网输出端相连，原边输出端作为滤波器主电路输出端与非线性负载输入端相连；副边输出端与交流侧分裂电感相连，副边输入端与交流侧分裂电感相连；交流侧分裂电感包括第一分裂电感U、L2，第二分裂电感L3、L4。其中第一分裂电感U、L2的一端与匹配变压器副边输出端相连，其余两端分别与第一分裂桥臂中任一桥臂中点和第二分裂桥臂中任一桥臂中点相连；第二分裂电感L3、L4的一端与匹配变压器副边输入端相连，其余两端分别与第一分裂桥臂中另一桥臂中点和第二分裂桥臂中另一桥臂中点相连。直流侧电容两端分别接滤波器主电路的直流正负母线。进一步地，所述第一分裂桥臂包括MOS管Sp S3，二极管Dp D3 ;所述第二分裂桥臂包括MOS管S2, S4, 二极管D2、D4 ;其中MOS管S” S3的源极与二极管D” D3的阴极相连，MOS管S2、S4的漏极与二极管D2、D4的阳极连接；M0S管Sp S3的漏极、二极管D2、D4的阴极分别与滤波器主电路的直流正母线连接；M0S管S2、S4的源极、二极管Dp D3的阳极分别与滤波器主电路的直流负母线连接。进一步地，所述滤波器控制驱动电路包括顺序相连的信号输出电路、谐波检测运算电路、PWM电压控制电路以及驱动电路。进一步地，交流侧分裂电感中电感U、L2, L3> L4的感值相同，第一分裂电感(L1和L2)、第二分裂电感仏3和匕)与匹配变压器的连接方式可以互换，第一分裂桥臂和第二分裂桥臂与交流侧分裂电感的连接方式可以互换。方案二，三相三线制电网系统一种三相分裂桥臂式串联型有源电力滤波器，所述有源电力滤波器与交流电网输出端和非线性负载输入端连接，所述交流电网、非线性负载分别是三相电源和三相负载；其特征在于所述有源电力滤波器包括滤波器主电路及其控制驱动电路；所述滤波器主电路包括匹配变压器、交流侧分裂电感、第一分裂桥臂、第二分裂桥臂和直流侧电容；其中，所述匹配变压器包括三相原边和副边；三相原边输入端作为滤波器主电路三相输入端与交流电网输出端相连，三相原边输出端作为滤波器主电路输出端与非线性负载输入端相连；三相副边输出端与交流侧分裂电感相连，三相副边输入端组成星形连接；交流侧分裂电感包括第一 A相电感Lia、第二 A相电感L2a、第一 B相电感Lib、第二 B相电感L2b、第一 C相电感Lic、第二 C相电感L2c ;其中第一 A相电感Lia的一端、第二 A相电感Lm的一端与匹配变压器A相副边输出端相连；第一 A相电感Lia的另一端与第一分裂桥臂的第一桥臂中点相连，第二 A相电感L2a的另一端与第二分裂桥臂的第一桥臂中点相连；第一 B相电感Lib的一端、第二 B相电感L2b的一端与匹配变压器B相副边输出端相连；第一B相电感Lib的另一端与第一分裂桥臂的第二桥臂中点相连，第二 B相电感L2b的另一端与第二分裂桥臂的第二桥臂 中点相连；第一 C相电感Lie的一端、第二 C相电感L2e的一端与匹配变压器C相副边输出端相连；第一 C相电感Lic的另一端与第一分裂桥臂的第三桥臂中点相连，第二 C相电感L2c的另一端与第二分裂桥臂的第三桥臂中点相连；所述直流侧电容两端分别接滤波器主电路的直流正负母线。进一步地，所述第一分裂桥臂的第一桥臂包括第一 A相MOS管Sia、第一 A相二极管Dia ;第一分裂桥臂的第二桥臂包括第一 B相MOS管Sib、第一 B相二极管Dib ;第一分裂桥臂的第三桥臂包括第一 C相MOS管S1。、第一 C相二极管Die ;其中第一 A相MOS管Sia的源极与第一 A相二极管Dia的阴极相连，第一 B相MOS管Sib的源极与第一 B相二极管Dib的阴极相连，第一 C相MOS管Sie的源极与第一 C相二极管Die的阴极相连；所述第二分裂桥臂的第一桥臂包括第二 A相MOS管S2a、第二 A相二极管D2A，第二分裂桥臂的第二桥臂包括第二 B相MOS管S2b、第二 B相二极管D2b，第二分裂桥臂的第三桥臂包括第二 C相MOS管S2。、第二 C相二极管D2。，其中第二 A相MOS管S2a的漏极与第二 A相二极管D2a的阳极连接，第二 B相MOS管S2b的漏极与第二 B相二极管D2b的阳极连接，第二C相MOS管S2e的漏极与第二 C相二极管D2e的阳极连接；所述第一 A相MOS管Sia的漏极、第一 B相MOS管Sib的漏极、第一 C相MOS管Sic的漏极、第二 A相二极管D2a的阴极、第二 B相二极管D2b的阴极、第二 C相二极管D2e的阴极分别与滤波器主电路的直流正母线连接，所述第二 A相M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相分裂桥臂式串联型有源电力滤波器，所述有源电力滤波器输入端、输出端分别与交流电网(1)输出端和非线性负载(2)输入端连接；所述交流电网(1)、非线性负载(2)分别是单相电源和单相负载，其中非线性负载(2)的输出端与交流电网(1)输入端连接；其特征在于：所述有源电力滤波器包括滤波器主电路(3)及其控制驱动电路(9)；所述滤波器主电路(3)包括匹配变压器(4)、交流侧分裂电感(5)、第一分裂桥臂(6)、第二分裂桥臂(7)和直流侧电容(8)；其中，所述匹配变压器(4)包括原边和副边；原边输入端作为滤波器主电路(3)输入端与交流电网(1)输出端相连，原边输出端作为滤波器主电路(3)输出端与非线性负载(2)输入端相连；副边输入端与交流侧分裂电感(5)相连，输出端与交流侧分裂电感(5)相连；交流侧分裂电感(5)包括第一分裂电感L1、L2，第二分裂电感L3、L4；其中第一分裂电感L1、L2的一端与匹配变压器(4)副边输出端相连，其余两端分别与第一分裂桥臂(6)中任一桥臂中点和第二分裂桥臂(7)中任一桥臂中点相连；第二分裂电感L3、L4的一端与匹配变压器(4)副边输入端相连，其余两端分别与第一分裂桥臂(6)中另一桥臂中点和第二分裂桥臂(7)中另一桥臂中点相连；直流侧电容(8)，两端分别接有源电力滤波器正负直流母线。...

【技术特征摘要】
1.一种单相分裂桥臂式串联型有源电力滤波器，所述有源电力滤波器输入端、输出端分别与交流电网⑴输出端和非线性负载⑵输入端连接；所述交流电网(I)、非线性负载(2)分别是单相电源和单相负载，其中非线性负载(2)的输出端与交流电网(I)输入端连接；其特征在于所述有源电力滤波器包括滤波器主电路(3)及其控制驱动电路(9)； 所述滤波器主电路(3)包括匹配变压器(4)、交流侧分裂电感(5)、第一分裂桥臂(6)、第二分裂桥臂(7)和直流侧电容(8);其中，所述匹配变压器(4)包括原边和副边；原边输入端作为滤波器主电路(3)输入端与交流电网(I)输出端相连，原边输出端作为滤波器主电路(3)输出端与非线性负载(2)输入端相连；副边输入端与交流侧分裂电感(5)相连，输出端与交流侧分裂电感(5)相连；交流侧分裂电感(5)包括第一分裂电感U、L2，第二分裂电感L3、L4 ;其中第一分裂电感LpL2的一端与匹配变压器⑷副边输出端相连，其余两端分别与第一分裂桥臂(6)中任一桥臂中点和第二分裂桥臂(7)中任一桥臂中点相连；第二分裂电感L3、L4的一端与匹配变压器(4)副边输入端相连，其余两端分别与第一分裂桥臂(6)中另一桥臂中点和第二分裂桥臂(7)中另一桥臂中点相连； 直流侧电容(8)，两端分别接有源电力滤波器正负直流母线。2.根据权利要求1所述的单相分裂桥臂式串联型有源电力滤波器，其特征在于所述第一分裂桥臂(6)包括MOS管S1J3，二极管D1J3K述第二分裂桥臂⑵包括MOS管S2、S4，二极管D2、D4。其中MOS管S1' S3的源极分别与二极管DpD3的阴极相连，MOS管S1' S3漏极接滤波器主电路(3)的正直流母线，二极管Dp D3阳极接滤波器主电路(3)的负直流母线；MOS管S2、S4的漏极分别与二极管D2、D4的阳极连接，MOS管S2、S4源极接滤波器主电路(3)的负直流母线，二极管仏、D4阴极接滤波器主电路(3)的正直流母线。3.根据权利要求1所述的单相分裂桥臂式串联型有源电力滤波器，其特征在于所述滤波器控制驱动电路(9)包括顺序相连的信号输出电路、谐波检测运算电路、PWM电压控制电路以及驱动电路。4.根据权利要求1所述的单相分裂桥臂式串联型有源电力滤波器，其特征在于交流侧分裂电感(5)中U、L2, L3、L4的感值相同，第一分裂电感(L1和L2)、第二分裂电感(L3和L4)与匹配变压器(4)的连接方式可以互换，第一分裂桥臂(6)和第二分裂桥臂(7)与交流侧分裂电感(5)的连接方式可以互换。5.一种三相分裂桥臂式串联型有源电力滤波器，所述有源电力滤波器与交流电网(11)输出端和非线性负载(22)输入端连接，所述交流电网(11)、非线性负载(22)分别是三相电源和三相负载；其特征在于 所述有源电力滤波器包括滤波器主电路(33)及其控制驱动电路(99);所述滤波器主电路(33)包括匹配变压器(44)、交流侧分裂电感(55)、第一分裂桥臂(66)、第二分裂桥臂(77)和直流侧电容(88)； 其中，所述匹配变压器(44)包括三相原边和副边；三相原边输入端作为滤波器主电路(33)三相输入端与交流电网(11)输出端相连，三相原边输出端作为滤波器主电路(33)输出端与非线性负载(22)输入端相连；三相副边输出端与交流侧分裂电感(55) —端相连,三相副边输入端组成星形连接； ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仲，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：