一种同步双频电源供电系统的制作方法

本发明涉及电力电子领域，特别是涉及一种同步双频电源供电系统。

背景技术：

同步双频感应电源是目前常用的一种电源系统，例如可以用来对中频炉供电从而利用电磁感应产生热能。现有的双频感应电源在对两种频率的电流进行控制时，两种频率电流的往往相互干扰，控制灵活度不高，导致产生较多电网谐波。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种同步双频电源供电系统，提高控制灵活度，减少电网谐波。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种同步双频电源供电系统，包括：三相级联变换电路和双频逆变电路；

所述三相级联变换电路的电能输入端分别连接到电网的三相输电线路上；

所述三相级联变换电路中的每相级联变换电路均包括级联h桥电路和多个双源桥变换电路；所述级联h桥电路的输入端连接到电网的对应相的输电线路上，所述级联h桥电路的级数与所述双源桥变换电路的数量相同，所述级联h桥电路的每一级的输出端均对应连接一个所述双源桥变换电路；

所述双频逆变电路包括逆变h桥电路、低频阻挡电容、高频阻挡电感、低频谐振电容、负载电感和负载电阻；

所述三相级联变换电路中所有的所述双源桥变换电路的正输出端均连接到所述逆变h桥电路的上桥臂，所述三相级联变换电路中所有的所述双源桥变换电路的负输出端均连接到所述逆变h桥电路的下桥臂；所述低频阻挡电容、所述高频阻挡电感和所述低频谐振电容依次串联连接构成所述逆变h桥电路的负载支路；所述负载电感和负载电阻串联连接形成串联电路，所述串联电路的一端连接到所述低频阻挡电容和所述高频阻挡电感之间，另一端连接到所述逆变h桥电路的下桥臂。

可选的，所述级联h桥电路的每一级h桥电路的上下桥臂之间均连接有一个支撑电容。

可选的，所述双源桥变换电路包括第一h桥电路、第一谐振电路、变压器、第二谐振电路和第二h桥电路；

所述第一h桥电路的上桥臂和所述第一h桥电路的下桥臂分别连接到对应的支撑电容的两端；所述第一谐振电路与所述变压器的原边串联连接构成所述第一h桥电路的负载支路；所述第二谐振电路与所述变压器的副边串联连接构成所述第二h桥电路的负载支路；所述第二h桥电路的上桥臂连接到所述逆变h桥电路的上桥臂，所述第二h桥电路的下桥臂连接到所述逆变h桥电路的下桥臂。

可选的，所述第一谐振电路包括串联连接的第一谐振电感和第一谐振电容，所述第二谐振电路包括串联连接的第二谐振电感和第二谐振电容。

可选的，所述第二h桥电路的上桥臂与下桥臂之间连接有输出电容。

可选的，所述级联h桥电路的控制方式为：根据电网的线电压和线电流计算出调制波，对所述调制波与三角载波进行载波移相控制得到pwm波，利用pwm波对所述级联h桥电路中的各个开关管的通断进行控制。

可选的，所述双源桥变换电路的控制方式为：利用直流侧电压、参考电压和直流侧电流计算移相角，按照所述移相角进行载波移相得到pwm波，利用所述pwm波对所述双源桥变换电路的各开关管的通断进行控制。

可选的，所述逆变h桥电路中所述负载支路的所述低频阻挡电容端的上桥臂和下桥臂为高频电流控制桥臂，所述逆变h桥电路中所述负载支路的所述低频谐振电容端的上桥臂和下桥臂为低频电流控制桥臂；

所述双频逆变电路的控制方式为：通过对所述高频电流控制桥臂的开关管的通断进行控制实现对高频电流的控制，通过对所述低频电流控制桥臂的开关管的通断进行控制实现对低频电流的控制。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的同步双频电源供电系统，低频阻挡电容、高频阻挡电感和低频谐振电容依次串联连接构成逆变h桥电路的负载支路；负载电感和负载电阻串联连接形成串联电路，串联电路的一端连接到低频阻挡电容和高频阻挡电感之间，另一端连接到逆变h桥电路的下桥臂，从而使低频阻挡电容和负载电感构成高频谐振，使高频阻挡电感、低频谐振电容和负载电感构成低频谐振，在控制时，低频阻挡电容侧的逆变h桥电路的上下桥臂控制高频电流，低频谐振电容侧的逆变h桥电路的上下桥臂控制低频电流，从而实现高频电流和低频电流的单独控制且互不影响，提高控制灵活性，能够在双频电流调整过程中减少电网注入谐波。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明同步双频电源供电系统实施例的电路结构图；

图2为级联h桥电路的具体控制图；

图3为双源桥变换电路的具体控制图；

图4为逆变h桥电路的具体控制图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种同步双频电源供电系统，提高控制灵活度，减少电网谐波。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明同步双频电源供电系统实施例的电路结构图。

参见图1，该同步双频电源供电系统，包括：三相级联变换电路和双频逆变电路。

所述三相级联变换电路的电能输入端分别连接到电网的三相输电线路上。

所述三相级联变换电路中的每相级联变换电路均包括级联h桥电路和多个双源桥变换电路。所述级联h桥电路的输入端连接到电网的对应相的输电线路上。具体为：a相级联h桥电路的第一级h桥的左侧的上下桥臂的连接点连接到a相输电线路，b相级联h桥电路的第一级h桥的左侧的上下桥臂的连接点连接到b相输电线路，c相级联h桥电路的第一级h桥的左侧的上下桥臂的连接点连接到c相输电线路。每个所述级联h桥电路的上一级h桥的右侧的上下桥臂连接点连接到下一级h桥的左侧的上下桥臂的连接点；各级联h桥电路的最后一级h桥的右侧的上下桥臂连接点均连接到电网中性点。

所述级联h桥电路的每一级h桥电路的上下桥臂之间均连接有一个支撑电容c0。

所述级联h桥电路的级数与所述双源桥变换电路的数量相同，所述级联h桥电路的每一级的输出端均对应连接一个所述双源桥变换电路。具体为：所述双源桥变换电路包括第一h桥电路、第一谐振电路、变压器、第二谐振电路和第二h桥电路。所述第一h桥电路的上桥臂的上端和所述第一h桥电路的下桥臂的下端分别连接到对应的支撑电容的两端；所述第一谐振电路与所述变压器的原边串联连接构成所述第一h桥电路的负载支路；所述第二谐振电路与所述变压器的副边串联连接构成所述第二h桥电路的负载支路；所述第二h桥电路的上桥臂连接到所述逆变h桥电路的上桥臂，所述第二h桥电路的下桥臂连接到所述逆变h桥电路的下桥臂。所述变压器为固态变压器。

所述第一谐振电路包括串联连接的第一谐振电感和第一谐振电容，所述第二谐振电路包括串联连接的第二谐振电感和第二谐振电容。所述第一谐振电容、所述第一谐振电感和所述变压器的原边依次串联连接；所述第一谐振电容连接到第一h桥电路左侧的上下桥臂的连接点，所述变压器的原边连接到第一h桥电路右侧的上下桥臂的连接点。所述变压器的副边、所述第二谐振电感和所述第二谐振电容依次串联连接，所述变压器的副边连接到第二h桥电路右侧的上下桥臂的连接点，所述第二谐振电容连接到第二h桥电路左侧的上下桥臂的连接点。

所述第二h桥电路的上桥臂与下桥臂之间连接有输出电容。

所述双频逆变电路包括逆变h桥电路、低频阻挡电容ch、高频阻挡电感ll、低频谐振电容cl、负载电感l和负载电阻r；

所述三相级联变换电路中所有的所述双源桥变换电路的正输出端(即第二h桥电路的上桥臂的上端)均连接到所述逆变h桥电路的上桥臂的上端，所述三相级联变换电路中所有的所述双源桥变换电路的负输出端(即第二h桥电路的下桥臂的下端)均连接到所述逆变h桥电路的下桥臂的下端；所述低频阻挡电容ch、所述高频阻挡电感ll和所述低频谐振电容cl依次串联连接构成所述逆变h桥电路的负载支路；所述低频阻挡电容ch连接到所述逆变h桥电路的左侧的上下桥臂的连接点，所述低频谐振电容cl连接到所述逆变h桥电路的右侧的上下桥臂的连接点。

所述负载电感l和负载电阻r串联连接形成串联电路，所述串联电路的一端连接到所述低频阻挡电容ch和所述高频阻挡电感ll之间，另一端连接到所述逆变h桥电路的下桥臂。

本实施例中所述级联h桥电路的控制方式为：根据电网的线电压和线电流计算出调制波，对所述调制波与三角载波进行载波移相控制得到pwm波，利用pwm波对所述级联h桥电路中的各个开关管的通断进行控制。

图2为级联h桥电路的具体控制图。

参见图2，从三相母线上测出线电压和线电流进行三相dq分解，得到正序电压ud，负序电压uq，零序电压u0和正序电流id，负序电流iq，零序电流i0。对于有功的控制：把每相所有支撑电容(每相的支撑电容数量为n)两端直流电压udc1......udcn相加，相加后所得到的和与n*udcref相比较，经过pi调节得到参考电流i^*d，i^*d和id比较并经过pi调节得到中间变量u^*d,然后按公式(ω＝2πf，f为电网频率)进行计算得到中间变量ed，其中ls为三相交流电输入侧电感。对于无功的控制：无功参考电流iqref和iq比较并经过pi调节得到中间变量u^*q，然后按公式进行得到中间变量eq。把ed和eq经过反dq分解得到调制波uac，ubc，ucc。对于每个h桥均压：以a相为例，每个直流侧电压udc和参考电压udcref比较并经过pi调节后和uac相加得到调制波u^*ac，采用载波移相控制得到pwm波控制开关管。

所述双源桥变换电路的控制方式为：利用直流侧电压、参考电压和直流侧电流计算移相角，按照所述移相角进行载波移相得到pwm波，利用所述pwm波对所述双源桥变换电路的各开关管的通断进行控制。

图3为双源桥变换电路的具体控制图。

参见图3，双源桥变换电路为双向clllc谐振电路。l′1和l1为谐振电感，c′1和c1为谐振电容，控制方式为单移相控制。首先将测得的双有源桥输出的直流侧电压ud-dc和双有源桥输出的直流参考电压ud-dc-ref比较并经过pi调节得到参考电流id-dc-ref，再和第n个输出电流id-dc-n比较并经过pi调节得到两个h桥之间移相角，最后经过载波移相产生pwm波控制开关管。

所述逆变h桥电路中所述负载支路的所述低频阻挡电容端的上桥臂和下桥臂为高频电流控制桥臂，所述逆变h桥电路中所述负载支路的所述低频谐振电容端的上桥臂和下桥臂为低频电流控制桥臂；

所述双频逆变电路的控制方式为：通过对所述高频电流控制桥臂的开关管的通断进行控制实现对高频电流的控制，通过对所述低频电流控制桥臂的开关管的通断进行控制实现对低频电流的控制。

图4为逆变h桥电路的具体控制图。

参见图4，ch和l构成高频谐振，且ch具有阻挡低频的功能，l，ll和cl构成低频谐振，且ll具有阻挡高频的功能，高频电流控制桥臂(图1中逆变h桥电路左侧的上桥臂和下桥臂)的两个开关管控制高频电流，低频电流控制桥臂(图1中逆变h桥电路右侧的上桥臂和下桥臂)的两个开关管控制低频电流。对于低频槽路的控制，测得的负载电压通过低通滤波器后得到低频电压并求出其有效值，测得低频电流il求出其有效值，使用锁相环,锁定导通信号右侧上桥臂开关管和il的相位，并进行比较，将比较值经过pi调节后，经过压控振荡器vco，vco调整频率后输出的电压波和电流同相位，使得输出功率最大，把低频电压和电流的有效值相乘的得到功率，然后和给定功率比较经过pi调节得到右侧上桥臂开关管的占空比对低频开关管进行控制。高频槽路的控制与低频槽路的控制原理相同。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的同步双频电源供电系统，低频阻挡电容、高频阻挡电感和低频谐振电容依次串联连接构成逆变h桥电路的负载支路；负载电感和负载电阻串联连接形成串联电路，串联电路的一端连接到低频阻挡电容和高频阻挡电感之间，另一端连接到逆变h桥电路的下桥臂，从而使低频阻挡电容和负载电感构成高频谐振，使高频阻挡电感、低频谐振电容和负载电感构成低频谐振，在控制时，低频阻挡电容侧的逆变h桥电路的上下桥臂控制高频电流，低频谐振电容侧的逆变h桥电路的上下桥臂控制低频电流，从而实现高频电流和低频电流的单独控制且互不影响，提高控制灵活性，能够在双频电流调整过程中减少电网注入谐波。除此之外，本发明还具有以下技术效果：

(1)因为固态变压器具有调节电压，无功补偿，整流，电气隔离等功能，所以可以省略传统拓扑中变压器，低压无功补偿器，整流器等一次设备。

(2)构建低压直流功率传输系统，避免了交流电网的问题。

(3)采用半桥逆变，相比于传统双频逆变占地空间小，节省场地。

(4)可控制高频和低频电流所占比例，为待加热装置提供了更加方便的加热方式。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。