一種12級H橋級聯三級電力電子變壓器的製作方法
2024-03-06 20:50:15 2
本實用新型屬於電力設備技術領域，特別涉及一種12級H橋級聯三級電力電子變壓器。
背景技術：
電力電子變壓器是一種將電力電子變換技術和基於電磁感應原理的電能變換技術相結合，實現將一種電力特徵的電能轉變為另一種電力特徵的電能的新型智能變壓器。相對於傳統變壓器而言，電力電子變壓器具有如下優點：(1)體積小，重量輕，環境汙染小；(2)運行時二次側輸出電壓幅值恆定，不隨負載變化，且平滑可調；(3)一次、二次側電壓為正弦波形，功率因數可調；(4)一次、二次側電壓、電流和功率均高度可控；(5)本身具有斷路器的功能，無需傳統的變壓器繼電保護裝置。電力電子變壓器是集電力電子、電力系統、計算機、數位訊號處理以及自動控制理論等領域為一體的電力系統前沿研究課題，也是解決電能質量問題，建設「綠色電網」、「數字電網」的可行途徑之一。目前在國內外，關於電力電子變壓器有很多相關的研究和開發。已公開的電力電子變壓器資料輸入級多為級聯方式，但是很多都是沒有非常明確的選擇依據，輸入級級數過多會導致電力電子變壓器成本升高，級數過少會導致開關器件承受的電壓過高影響其工作壽命。
技術實現要素：
為解決上述問題，本實用新型提供了一種12級H橋級聯三級電力電子變壓器。
本實用新型解決其技術問題採取以下技術方案實現：
一種12級H橋級聯三級電力電子變壓器，包括輸入級、中間隔離級、輸出級，其特徵在於：
所述輸入級設有12組輸出端，通過12組每組2根導線與所述中間隔離級的12組輸入端連接，所述中間隔離級的輸出端通過電纜與所述輸出級相連接；
所述輸入級主要由安全控制模塊、電感模塊、高壓整流模塊構成，安全控制模塊與電感模塊連接，電感模塊的輸出端與12個相互串聯的結構和功能完全相同的高壓整流模塊連接；
所述安全控制模塊主要由高壓避雷器、故障保護單元構成，用於實現電力電子變壓器的防雷及故障保護功能；
所述中間隔離級主要由12個結構和功能完全相同的斬波模塊和12個結構和功能完全相同的隔離整流模塊構成，每一個斬波模塊與一個隔離整流模塊相連接；
所述輸出級主要由三相四橋臂單元和三相電感模塊構成，所述三相四橋臂單元的4個輸出端分別與三相電感模塊的4個輸入端分別連接。
優選的，所述高壓整流模塊包括兩個相同型號的IGBT半橋模塊、電容組、控制電路板。
優選的所述斬波模塊主要由兩個相同型號的IGBT半橋模塊和一塊控制電路板構成。
優選的，所述隔離整流模塊主要由一臺高頻變壓器和兩個型號相同的二極體半橋模塊構成。
優選的，所述三相四橋臂單元主要由八隻IGBT與8個二極體反向並聯構成。
本實用新型根據現有電力電子元器件的耐壓情況，從經濟性、系統體積、系統穩定性、工程應用難度等因素考慮，輸入級選用了12級聯方式不僅降低了電力電子變壓器的製造成本，還保證了每個電力電子開關元器件的使用壽命。
附圖說明
圖1是本實用新型總體結構示意圖；
圖2是本實用新型高壓整流模塊的結構示意圖；
圖3是本實用新型斬波模塊的結構示意圖；
圖4是本實用新型隔離整流模塊的結構示意圖；
圖5是本實用新型三相四橋臂單元的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖1~5對本實用新型實施做進一步詳述，一種12級H橋級聯三級電力電子變壓器，包括輸入級1、中間隔離級2、輸出級3，輸入級1設有12組輸出端，通過12組每組2根導線與中間隔離級2的12組輸入端連接；中間隔離級2的輸出端通過電纜與輸出級3相連接；
輸入級1主要由安全控制模塊11、電感模塊12、高壓整流模塊13構成，安全控制模塊11與電感模塊12連接，電感模塊12的輸出端與12個結構和功能完全相同的高壓整流模塊13串聯，安全控制模塊11主要由高壓避雷器、故障保護單元構成，用於實現電力電子變壓器的防雷及故障保護功能；
中間隔離級2主要由12個結構和功能完全相同的斬波模塊21和12個結構和功能完全相同的隔離整流模塊22構成，每一個斬波模塊21與一個隔離整流模塊22相連接；
輸出級3主要由三相四橋臂單元31和三相電感模塊32構成，三相四橋臂單元31的4個輸出端分別與三相電感模塊32的4個輸入端分別連接；
高壓整流模塊13包括兩個相同型號的IGBT半橋模塊131，從經濟性、系統體積、系統穩定性、工程應用難度等因素考慮，採用耐壓等級為 1700V 的 IGBT半橋模塊，該IGBT 半橋模塊選用英飛凌公司的 FF450R17ME4，高壓整流模塊13還包括一個電容組132以及控制電路板133，該控制電路板採用 Concept公司配套驅動板 2SP0115T2A0-17。
斬波模塊21主要由兩個相同型號的IGBT半橋模塊211和一塊控制電路板212構成，每一個斬波模塊21均採用一塊獨立的控制電路板212，將前級各級整流輸出電壓採樣值通過光纖送至控制電路板212，通過每塊控制板上的 FPGA 晶片進行控制運算，輸出各級 H 橋逆變模塊的驅動脈衝，實現每一級 H橋直流側電壓的均等輸出。每塊控制板中包含：FPGA、電源模塊、故障信號處理電路、通信單元。
隔離整流模塊22主要由一臺高頻變壓器221和兩個型號相同的二極體半橋模塊構成。
三相四橋臂單元31主要由八隻英飛凌公司生產的型號為 FZ1200R17KE3 的IGBT與8個二極體反向並聯構成。
本實用新型根據現有電力電子元器件的耐壓情況，從經濟性、系統體積、系統穩定性、工程應用難度等因素考慮，輸入級選用了12級聯方式不僅降低了電力電子變壓器的製造成本，還保證了每個電力電子開關元器件的使用壽命。