一种级联24脉波变流器拓扑的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种级联24脉波变流器拓扑。

背景技术：

hl-2m为我国磁约束核聚变托卡马克装置，在托卡马克装置中，等离子体控制是一项非常重要的工作，每一次等离子体放电和深入的物理实验都需要建立在等离子体控制上。等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第四态，当进行物理实验时，等离子体会沿着垂直方向向上或向下快速移动，为了不让等离子体由于碰壁而消失，需要有源反馈对其进行控制，在水平方向产生磁场控制等离子体的垂直位移，使得等离子体能够稳定在水平方向，保证物理实验顺利进行。

本发明所提出的级联四象限24脉波变流器拓扑的主要任务就是解决等离子体垂直不稳定性控制，电源在线圈电流需要正负变化的情况下快速响应，及时输出所需要的电流。

现有技术中，12脉波变流器，24脉波变流器和h桥级联可作为快控电源拓扑，但12脉波变流器的不足之处在于：输出频率低，谐波含量较多，而且变压器的实际容量过大，导致变压器体积巨大。常规的24脉波变流器的不足之处在于：常规24脉波变流器大多采用并联型24脉波变流器，输出电压不够高，由于单电压源供电，且四个变流器并联，环流值将会很大，为了抑制环流需要增加大容量环流电抗器，不仅成本高，体积也很大。h桥级联的不足之处在于：结构需要多个h桥模块串并联，拓扑相对较复杂，导致成本偏高，输出电平较多，纹波较大，控制相对较复杂。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种级联24脉波变流器拓扑，可以有效的提高输出频率，输出频率为12脉波变流器的两倍；降低谐波含量，脉波数越高，谐波含量越小；可以实现无级调压，电压脉动小，输出电压更平滑，功率因数可调，纹波较小。同时，四象限24脉波变流器可以满足ieeestandard5191992标准中要求的总的谐波畸变率(thd)△thd<5％的要求。

本发明的技术方案如下：

一种级联24脉波变流器拓扑，包括双y脉冲发电机1，移相变压器组，四象限24脉波变流器组和阻感负载14，双y脉冲发电机1连接至移相变压器组一端，移相变压器另一端与四象限24脉波变流器组一端连接，四象限24脉波变流器组另一端连接阻感负载14；

所述移相变压器组包括三相双绕组变压器a2、三相双绕组变压器b3、三相双绕组变压器c4、三相双绕组变压器d5；

四象限24脉波变流器组包括两组变流器组，正组包括正组变流器a6、正组变流器b8、正组变流器c10、正组变流器d12，负组包括负组变流器a7、负组变流器b9、负组变流器c11、负组变流器d13。

三相双绕组变压器2原边移相+7.5°，副边分别为角形接法和星形接法；三相双绕组变压器3原边移相-7.5°，副边分别为角形接法和星形接法；三相双绕组变压器4原边移相+7.5°，副边分别为角形接法和星形接法；三相双绕组变压器5原边移相-7.5°，副边分别为角形接法和星形接法。

三相双绕组变压器a2和三相双绕组变压器c4的进线电压相差30°，三相双绕组变压器b3和三相双绕组变压器d5的进线电压相差30°；三相双绕组变压器a2和三相双绕组变压器d5的进线电压同相位，三相双绕组变压器b3和三相双绕组变压器c4的进线电压同相位。

三相双绕组变压器a2的三角形副边连接正组变流器a6，星形副边连接负组变流器b9；三相双绕组变压器b3的三角形副边连接负组变流器c11，星形副边连接正组变流器d12；三相双绕组变压器c4的三角形副边连接正组变流器b8，星形副边连接负组变流器a7；三相双绕组变压器d5的三角形副边连接负组变流器d13，星形副边连接正组变流器c10。

正组变流器a6与负组变流器a7反向并联；正组变流器b8与负组变流器b9反向并联；正组变流器c10与负组变流器c11反向并联；正组变流器d12与负组变流器d13反向并联。

正组变流器a6、正组变流器b8、正组变流器c10、正组变流器d12串联，负组变流器a7、负组变流器b9、负组变流器c11、负组变流器d13串联；

正组变流器a6的正向输出连接阻感负载14的正向输入，正组变流器d12的负向输出连接阻感负载14的负向输入。

所述三相双绕组变压器均为降压变压器，变比为3000/476，对发电机输出的高电压进行降压处理，送入变流器中。

所述变流器均为三相全桥整流结构，器件采用晶闸管。

本发明的有益效果在于：

采用两组错30°的y发电机供电，由于发电机较大的阻抗，可以有效的抑制环流，省去外加环流电抗器，节约成本，减小体积。

由于采用了正组、负组变流器两两并联再串联，一旦发生变流器故障环流失控时，只会影响到与故障变流器并联的变流器，而对其余的变流器没有影响，最大限度的保护了其他变流器。

由于采用了正组、负组变流器组联合工作，可以实现四象限运行。

变压器与变流器的连接方式使得网侧与变压器负荷均衡，变压器负荷小，环流不会同时流过同一个变压器的两个副边。

附图说明

图1为本发明的本发明一种级联的四象限24脉波变流器拓扑的具体结构示意图；

图2为本图2为输出电流与给定电流的波形。

图1中，1、双y脉冲发电机，2、三相双绕组变压器a，3、三相双绕组变压器b，4、三相双绕组变压器c，5、三相双绕组变压器d，6、正组变流器a，8、正组变流器b，10、正组变流器c，12、正组变流器d,7、负组变流器a，9、负组变流器b，11、负组变流器c，13、负组变流器d，14、阻感负载。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

一种级联24脉波变流器拓扑，包括双y脉冲发电机1，移相变压器组，四象限24脉波变流器组和阻感负载14，双y脉冲发电机1连接至移相变压器组一端，移相变压器另一端与四象限24脉波变流器组一端连接，四象限24脉波变流器组另一端连接阻感负载14。

移相变压器组包括三相双绕组变压器a2、三相双绕组变压器b3、三相双绕组变压器c4、三相双绕组变压器d5,上述三相双绕组变压器均为降压变压器，变比为3000/476，对发电机输出的高电压进行降压处理，送入变流器中。

三相双绕组变压器2原边移相+7.5°，副边分别为角形接法和星形接法；三相双绕组变压器3原边移相-7.5°，副边分别为角形接法和星形接法；三相双绕组变压器4原边移相+7.5°，副边分别为角形接法和星形接法；三相双绕组变压器5原边移相-7.5°，副边分别为角形接法和星形接法。

三相双绕组变压器a2和三相双绕组变压器c4的进线电压相差30°，三相双绕组变压器b3和三相双绕组变压器d5的进线电压相差30°；三相双绕组变压器a2和三相双绕组变压器d5的进线电压同相位，三相双绕组变压器b3和三相双绕组变压器c4的进线电压同相位。

四象限24脉波变流器组包括两组变流器组，正组包括正组变流器a6、正组变流器b8、正组变流器c10、正组变流器d12，负组包括负组变流器a7、负组变流器b9、负组变流器c11、负组变流器d13；

上述变流器均为三相全桥整流结构，器件采用晶闸管。

三相双绕组变压器a2的三角形副边连接正组变流器a6，星形副边连接负组变流器b9；三相双绕组变压器b3的三角形副边连接负组变流器c11，星形副边连接正组变流器d12；三相双绕组变压器c4的三角形副边连接正组变流器b8，星形副边连接负组变流器a7；三相双绕组变压器d5的三角形副边连接负组变流器d13，星形副边连接正组变流器c10。

正组变流器a6与负组变流器a7反向并联；正组变流器b8与负组变流器b9反向并联；正组变流器c10与负组变流器c11反向并联；正组变流器d12与负组变流器d13反向并联。

正组变流器a6、正组变流器b8、正组变流器c10、正组变流器d12串联，负组变流器a7、负组变流器b9、负组变流器c11、负组变流器d13串联。

正组变流器a6的正向输出连接阻感负载14的正向输入，正组变流器d12的负向输出连接阻感负载14的负向输入。

工作方式为，电流为正时，仅正组变流器a6、正组变流器b8、正组变流器c10、正组变流器d12投入工作；当电流为负时，仅负组变流器a7、负组变流器b9、负组变流器c11、负组变流器d13投入工作；当电流即将过零时，正组变流器a6、正组变流器8b、正组变流器c10、正组变流器d12与负组变流器a7、负组变流器b9、负组变流器c11、负组变流器d13同时投入工作，采用逻辑带环流运行模式，可实现四象限运行。

当正组变流器a6、正组变流器b8、正组变流器c10、正组变流器d12或负组变流器a7、负组变流器b9、负组变流器c11、负组变流器d13单独工作时，四个变压器均投入工作，所以网侧与变压器负荷均衡，各变压器负荷小。

当当正组变流器a6、正组变流器b8、正组变流器c10、正组变流器d12和负组变流器a7、负组变流器b9、负组变流器c11、负组变流器d13同时工作时，即有环流时，环流不会同时流过同一个变压器的两个副边，环流同时只流过两个变流器，且环流不会流过发电机的同一个y。

三相双绕组变压器a2、三相双绕组变压器b3、三相双绕组变压器c4、三相双绕组变压器d5只有两种型号，即原边移相±7.5°，降低了成本。

当需要按照给定电流波形变化时，在电路中加入负反馈模块，输出电流具有很好的跟随性，响应速度为每毫秒几百安培，如图2所示，可以看出输出电流与给定电流几乎完全重合，具有很好的跟随性。同时可实现电流平滑过零。