1 概述
自20世纪以来，我国煤矿井下开端很多运用127V照明电源及其归纳维护设备。到目前为止，我国煤矿井下挑选的照明器材仍以传统电源为主，都是将工频变压器、组合开关及归纳维护设备组合在一起，装在一个隔爆外壳中，为煤矿井下设备供电。跟着井下挖掘规划增大，巷道与综采作业面加长，井下供电电压的进步，近几年呈现了运用大容量6kVA、8kVA甚至10kVA的电源。但这些电源大多还是以工频变压器为规划主体，其体积大、质量大、功率低，在将660V电压变为127V电压的过程中造成了比较严重的能量损耗。
运用电力电子变压器进行调压近年来得到快速开展，其首要功用有：无电网污染;输出电压安稳;功率因数可调;具有高度的可控性;具有牢靠的电路检测维护功用 .因而，研讨体积小、质量小、功率高的电力电子变压器来替代工频变压器成为了现阶段的一个首要研讨课题。
2 选用电力电子变压器沟通调压
电力电子变压器的规划思路源于具有高频链接的AC/AC改换电路。它是一种含有电力电子改换器且经过高频变压器完结磁耦合的改换设备，其杰出特色在于经过改换器完结对其沟通侧电压幅值和相位的实时操控，可完结变压器原副边电压、电流、功率的灵敏调理。电力电子变压器的完结计划首要分两种：一是改换中不含直流环节的AC/AC改换;二是在改换中含有直流环节的AC/DC/DC/AC改换。其间第二种计划的主电路结构图如图1所示。
图1 电力电子变压器主电路结构图
3 一种AC/DC改换器
由图1能够看到，该电力电子变压器首要分为三个模块：输入整流级、DC-DC改换级和输出逆变级。根据现代电力电子技能，运用恰当的办法对图中的开关管进行操控，该设备就能够完结与传统的工频变压器相同的功用。二者比较较，传输功率一守时，电力电子变压器不只体积、质量比工频变压器小的多，并且其功用要比工频变压器好。
但根据传统的整流和逆变办法的电力电子变压器有两个首要缺陷：一是关于大功率、高电压的电路来说，开关管的耐压才干有限;二是整流和逆变顶用到了太多的开关管，降低了电路运转的安稳性，增加了能量的损耗，进步了电路本钱。因而，针对电力电子变压器前端的AC/DC整流部分，文章给出了一种的单级高频阻隔的三相AC/DC改换器 ,并且在理论上证明晰其用于煤矿井下无工频变压器照明电源规划的可行性。其详细结构如图2所示，该结构能够替代图1中虚线框中的输入整流级和DC/DC改换级。经过图1与图2的比照能够看出，该结构在完结AC/DC的过程中只运用了三个开关管，开关器材运用的削减能够简化电路结构，削减电路损耗;输入端选用PWM整流办法，功率因数可调且可完结高功率因数运转;DC/DC环节根据正反激电路规划，可安稳输出电压。
该单级高频阻隔三相AC/DC改换器的作业原理为：在输入整流端选用PWM整流的办法，从而在变压器原边Np两头发生PWM方波;原边的功率经过副边线圈N5传递给负载， Lo和Dd组成了续流回路，确保了负载电压的安稳性;变压器副边线圈Nd和二极管Dd以及负载组成的回路作用是给变压器去磁。这样就使改换器作业在负载电流接连(CCM)和输人电流断续(DCM)的形式下，能够完结上述各种优秀功用。
图2 单级AC/DC改换器拓扑结构
其详细的操控办法是经过采样输入电流和输出电压，进行坐标改换以及闭环调理的规划，以此来调理输入电压电流(功率要素)和输出电压，功率。常用的三相PWM整流办法如中所述，该电路中详细的PWM整流办法是：先界说三个两电平调制变量ma(t)，mb(t)，mac(t)如下，再经过矩阵改换发生三电平变量ya(t)，yb(t)，yc(t)，经过这三个变量的状况来操控三个开关管的注册和关断。其详细关系式如下：
由上面两个式子得到的开关管操控表见表1。
由操控表得：当三个变量的状况为0电平常，与其相对应的开关管要关断;而其状况为非0态时，与其对应的开关管要翻开。由此，运用ya(t)，yb(t)，yc(t)发生的PWM波形就能够用来驱动开关管的通断从而操控前级的整流电路的正常作业。
运用高频变压器的DC/DC环节能够等效成一个单向的Buck改换器，其等效电路结构如图3所示。该电路的作业状况能够简化描绘为三个阶段：① 开关闭合，变压器磁芯被磁化，电能经过副边线圈N 由直流电源E传递给负载;② 开关断开，电感Lo中的电流经过二极管Dd续流，变压器磁芯经过去磁绕组Nd经负载回路发生的去磁电流开端去磁;③ 开关依然断开，去磁现已完结，但电感Lo依然经过Dd续流。
图3 DC/DC环节等效电路
该电路是根据正反激电路规划而成的，经过恰当的规划办法和参数能够确保负载电流的接连性以及原边电感的断续，只要这样才干确保三个作业状况正常运转。
4 电路仿真及剖析
为了证明该电路的有效性，在该电路的根底上规划仿真，其首要参数为：相输入线电压660V;开关频率20kHz;输出电压为225V，能够为逆变输出127V沟通供给安稳的直流电源。
输入端电感和电容值分别为175μH和23μH,Np=28,Ns= 12,Nd=3,输出端电感和%&&&&&%分别为130μH 和1000μF。输入电压及输入电流的波形和输出电压的波形如图4所示。
图4 仿真输入电压电流及输出电压波形
将输入电流扩大10倍得到了图4中输入电压和输入电流的波形，能够看到此刻电压与电流的波形在相位上根本符合，此刻的输入功率因数较高。经过闭环调理操控发生相应的PWM波形，操控相应的开关管的注册和关断来到达上述意图。
仿真成果说明晰该电路拓扑结构在理论上能够完结煤矿井下照明电源需求的输入端整流级及阻隔部分的D/DC改换级，其与传统的电力电子变压器中相应的结构比较结构简略，较简单完结。
5 结语
本文介绍了一种的三相AC/DC改换器。这种电路拓扑结构只是运用了三个开关管，大大简化了电路的结构，完结较简单，能够比较灵敏的使用于煤矿井下无工频变压器电源的规划。该电路选用PWM整流办法，输入端功率因数高，能够完结单位功率因数运转;输出电压安稳、调整便利、动作牢靠、功用好。现代电力电子技能的开展为煤矿井下无工频变压器电源的研讨供给了理论和技能根底，本文仅就相关技能计划提出了一种新的电路结构，跟着电力电子技能的不断进步，选用电力电子技能构成的煤矿井下无工频变压器电源将会得到广泛的推行和使用。
