【摘 要】
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串联型多脉波整流器具有简单可靠、输出电压加倍等优点,适用于高压大功率电能变换场所。移相变压器是多脉波整流器的必需器件,其质量重且占较大体积,导致整流器功率密度相对较低。为此,本文以传统串联型12脉波整流技术为基础,研究了基于电力电子变压器（Power Electronic Transformer,PET）的串联型多脉波整流技术,将PET技术与串联型多脉波整流器技术相结合,提高整流器性能。为减小移相
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串联型多脉波整流器具有简单可靠、输出电压加倍等优点,适用于高压大功率电能变换场所。移相变压器是多脉波整流器的必需器件,其质量重且占较大体积,导致整流器功率密度相对较低。为此,本文以传统串联型12脉波整流技术为基础,研究了基于电力电子变压器（Power Electronic Transformer,PET）的串联型多脉波整流技术,将PET技术与串联型多脉波整流器技术相结合,提高整流器性能。为减小移相变压器的体积和重量,研究了基于PET的串联型12脉波整流器。分析了整流器的工作原理;利用开关函数法,确定了三相二极管整流桥的导通模态;建立整流器的等效模型,确定了整流器的工作模态,计算了PET输入电压的表达式;研究了整流器电压尖峰的抑制方法;根据整流器的计算模型,计算了整流器输入电流表达式。仿真和实验结果证明:电力电子变换器可实现升频功能,使用电阻电容二极管（Resistance Capacitance Diode,RCD）缓冲电路抑制整流器电压尖峰的方法有效;使用高频移相变压器代替工频移相变压器,可将移相变压器的体积减小约三分之二,提高了整流器的功率密度。为抑制整流器的电压尖峰,提高高频变压器输入电压波形的对称性,研究了整流器输入电感的设计与影响。根据整流器功率因数和滤波作用的要求,计算了输入电感的取值范围;根据整流器的计算模型,计算了交流输入电压和PET输入电压之间相位差的表达式,设计了消除相位差影响后PET的控制信号。仿真和实验结果证明:在电感的最佳取值范围内选取较小的电感值,PET输入电压的电压尖峰明显减少;使用消除相位差影响后的PET控制信号,高频变压器输入电压波形的对称性明显提高。为提高高频移相变压器绕组结构的对称性和漏感分布平衡性,研究了带高频延边星形变压器的串联型12脉波整流器。根据整流器的工作原理,设计了高频延边星形变压器;利用开关函数法,计算了PET输入电压和整流器输出电压表达式;根据整理器的结构,计算了高频延边星型变压器输入电流和整流器输入电流的表达式。仿真结果证明:PET输入电压为12阶梯波;负载电压和负载电流脉动很小;高频延边星形变压器能达到与原高频Y/Δ/Y型结构变压器相同的移相效果,高频移相变压器绕组结构对称性和漏感分布平衡性明显提高。为降低PET的复杂度,节约整流器的制造成本,研究了使用器件数量较少的低复杂度PET,并将其应用于串联型12脉波整流器中。根据整流器的工作原理,设计了PET的控制电路,分析了整流器的工作模态;利用开关函数法,计算了整流器输出电压和电流的表达式。仿真结果证明:PET的控制电路有效,控制电路中的开关管和二极管高频互补导通;高频移相变压器一次侧两组绕组输入电压为相位相差180o的高频交流电;与现有应用于多脉波整流器的PET相比,低复杂度PET使用器件少,控制电路简单,具有较高的可靠性。
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