三相可控整流電路的製作方法
2023-06-12 18:59:46 2
三相可控整流電路的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種三相可控整流電路，包括三相交流電網、濾波電路、整流電路、以及校正電路；所述三相交流電網，用於為整個三相可控整流電路供電，包括三條火線；所述濾波電路，與所述三相交流電網相連，用於濾波所述三相交流電網輸出的交流電，包括三個濾波電感；所述整流電路，與所述濾波電路相連，用於由濾波電路輸入的交流電轉換成直流電，包括二級管整流橋、電解電容、和穩定電阻；所述校正電路，與所述濾波電路和整流電路相連，用於校正網側功率因數，包括三個雙向可控開關和三個交流電容。本發明所述的三相可控整流電路結構簡單、控制簡便、可以改善網側功率因數，抑制諧波電流。
【專利說明】三相可控整流電路【技術領域】
[0001]本發明屬於電力電子【技術領域】，涉及一種整流電路，特別是涉及一種三相可控整流電路。
【背景技術】
[0002]對於三相交流供電的電力電子變換器，例如較大功率的家用變頻空調，前級為三相整流器，後級為逆變電路，逆變器後接壓縮機，在整個系統的交流側，會產生非常嚴重的諧波電流問題，其中包括低次諧波電流和高次諧波電流，汙染周邊和電網的電磁環境，嚴重時會造成很多危害，為此需要採用諧波電流抑制技術。
[0003]目前，三相供電整流系統的諧波電流抑制技術可以採用效果良好的完全有源技術，通過主動的控制技術，可以實現較高甚至為I的網側功率因數，雖然電路簡單，但是設計不是很容易，開發周期較長，效率較低，成本方面也不具備優勢，尚未得到廣泛的應用。
[0004]三相供電整流系統的諧波電流抑制技術可以採用效果較差的無源技術，通過設計合理的電路結構和配置合理的參數，也可以實現較高甚至接近I的網側功率因數，而且電路簡單，設計容易，開發周期較短，得到了廣泛的應用，但是存在體積較大、笨重等實際問題，而且無源器件的成本也滿意控制。
[0005]因此在變頻空調等應用領域亟需一種新型的整流器技術，最好是融合有源與無源整流技術的優點，而又儘量克服其不足之處。
【發明內容】
[0006]鑑於以上所述現有技術`的缺點，本發明的目的在於提供一種三相可控整流電路，用於解決現有技術中有源技術發現嚴重的諧波電流、功率因數低的問題。
[0007]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種三相可控整流電路。所述三相可控整流電路包括:三相交流電網、濾波電路、整流電路、以及校正電路；
[0008]所述三相交流電網，用於為整個三相可控整流電路供電；包括第一火線、第二火線、第三火線。
[0009]所述濾波電路，與所述三相交流電網相連，用於濾波所述三相交流電網輸出的交流電；包括第一濾波電感、第二濾波電感、以及第三濾波電感；
[0010]所述整流電路，與所述濾波電路相連，用於由濾波電路輸入的交流電轉換成直流電；包括二級管整流橋、電解電容、和穩定電阻，所述二極體整流橋具有第一橋臂、第二橋
臂、第三橋臂；
[0011]所述校正電路，與所述濾波電路和整流電路相連，用於校正網側功率因數；包括第一雙向可控開關、第二雙向可控開關、第三雙向可控開關、第一交流電容、第二交流電容、以及第三交流電容。
[0012]優選地，所述濾波電路中第一濾波電感的一端與所述三相交流電網中的第一火線相連，第一濾波電感的另一端與所述整流電路中的二極體整流橋的第一輸入端相連；第二濾波電感的一端與所述三相交流電網中的第二火線相連，第二濾波電感的另一端與所述整流電路中的二極體整流橋的第二輸入端相連；第三濾波電感的一端與所述三相交流電網中的第二火線相連，第三濾波電感的另一端與所述整流電路中的二極體整流橋的第三輸入端相連。
[0013]優選地，所述二極體整流橋的第一、第二、第三輸入端為二極體整流橋第一、第二、第三橋臂的中點。
[0014]優選地，所述整流電路中的電解電容和穩定電阻並聯。
[0015]優選地，所述二極體整流橋的正極與電解電容的正極相連，形成輸出正極，所述二極體整流橋的負極與電解電容的負極相連，形成輸出負極。
[0016]優選地，所述校正電路中第一雙向可控開關的一端與所述二極體整流橋的第一輸入端相連，所述第一雙向可控開關的另一端與第一交流電容的一端相連，第一交流電容的另一端與所述電解電容的負極相連。
[0017]優選地，所述校正電路中第二雙向可控開關的一端與所述二極體整流橋的第二輸入端相連，所述第二雙向可控開關的另一端與第二交流電容的一端相連，第二交流電容的另一端與所述電解電容的負極相連。
[0018]優選地，所述校正電路中第三雙向可控開關的一端與所述二極體整流橋的第三輸入端相連，所述第三雙向可控開關的另一端與第三交流電容的一端相連，第三交流電容的另一端與所述電解電容的負極相連。
[0019]如上所述，本發明所述的三相可控整流電路，具有以下有益效果:
[0020]1、抑制諧波電流、改善網側功率因數、直流電壓有所升高且平穩；
[0021]2、電路結構簡單、設計容易、控制簡便，效率更高.【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1顯示為本發明的三相可控整流電路的電路圖。
[0023]圖2顯示為本發明的三相可控整流電路的應用電路的電路圖。
[0024]元件標號說明
[0025]I 三相交流電網
[0026]2 濾波電路
[0027]3 整流電路
[0028]4 校正電路
【具體實施方式】
[0029]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0030]請參閱附圖。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為[0031]一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。
[0032]下面結合實施例和附圖對本發明進行詳細說明。
[0033]實施例一
[0034]本實施例提供一種三相可控整流電路，如圖1所示，所述三相可控整流電路包括:三相交流電網1、濾波電路2、整流電路3、以及校正電路4。所述三相交流電網I包括第一火線Ua、第二火線Ub、第三火線Uc。所述濾波電路包括三個濾波電感，即第一濾波電感L1、第二濾波電感L2、以及第三濾波電感L3。所述整流電路3包括，二級管整流橋B1、電解電容E1、和穩定電阻R1，所述二極體整流橋BI具有三個橋臂，即第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂。所述校正電路4包括第一雙向可控開關BDS1、第二雙向可控開關BDS2、第三雙向可控開關BDS3、第一交流電容Cl、第二交流電容C2、第三交流電容C3。
[0035]其中，所述三相交流電網I用於為整個三相可控整流電路供電。
[0036]所述濾波電路2，與所述三相交流電網相連，用於濾波所述三相交流電網輸出的交流電，其中，第一濾波電感LI的一端與所述三相交流電網I中的第一火線Ua相連,第一濾波電感LI的另一端與所述整流電路3中的二極體整流橋BI的第一輸入端NI相連，即與二極體整流橋BI的第一橋臂中點相連；第二濾波電感L2的一端與所述三相交流電網I中的第二火線Ub相連，第二濾波電感L2的另一端與所述整流電路3中的二極體整流橋BI的第二輸入端N2相連，即與二極體整流橋BI的第二橋臂中點相連；第三濾波電感L3的一端與所述三相交流電網I中的第二火線Uc相連，第三濾波電感L3的另一端與所述整流電路3中的二極體整流橋BI的第三輸入端N3相連，即與二極體整流橋BI的第三橋臂中點相連。
[0037]所述整流電路3，與所述濾波電路2相連，用於由濾波電路輸入的交流電轉換成直流電，其中，電解電容El和穩定電阻Rl並聯。所述二極體整流橋BI的正極與電解電容El的正極相連，形成輸出正極DCP，所述二極體整流橋BI的負極與電解電容El的負極相連，形成輸出負極DCN。
[0038]所述校正電路，與所述濾波電路2和整流電路3相連，用於校正網側功率因數，其中，第一雙向可控開關BDSl的一端與所述二極體整流橋BI的第一輸入端NI相連，所述第一雙向可控開關BDSl的另一端與第一交流電容Cl的一端相連,第一交流電容Cl的另一端與所述電解電容El的負極相連；第二雙向可控開關BDS2的一端與所述二極體整流橋BI的第二輸入端N2相連,所述第二雙向可控開關BDS2的另一端與第二交流電容C2的一端相連，第二交流電容C2的另一端與所述電解電容El的負極相連；第三雙向可控開關BDS3的一端與所述二極體整流橋BI的第三輸入端N3相連，所述第三雙向可控開關BDS3的另一端與第三交流電容C3的一端相連，第三交流電容C3的另一端與所述電解電容El的負極相連。
[0039]本實施例通過以下步驟實施工作:
[0040]根據二極體整流橋BI為自然整流橋，在三個橋臂中點之間具有六個線電壓，在任意時刻絕對值最高的線電壓能夠發生整流作用，涉及兩個輸入火線，一個電源周期共計6段線電壓參與整流過程，屬於自然整流。如果只有自然整流，網側的電流富含諧波成份，功率因數較低。其原因是:(1)整流橋中二極體的導通角小於120°，造成網側電流的導通角較小，結果功率因數較低；(2)網側採取濾波電路時，可以擴大濾波電感的導通角，結果功率因數偏向增加；因此需要採用擴大整流橋中二極體的導通角，同時設置合理的網側濾波器來增加濾波電感的導通角。為此本申請的校正電路4就起到了上述作用。
[0041]對於校正電路4，在一個電源周期中，第一雙向可控開關BDSl可以工作在部分導電模式下，三隻雙向可控開關BDSl?BDS3的一端分別與三隻濾波電感和二極體整流橋BI，即整流器的三個橋臂中點連接。在工作時確保三隻雙向可控開關不同時導通，這樣就可以將校正電路和整流電路乃至整個電路簡化為單相或單線圖，因此整個電路的工作原理除了三隻雙向可控開關不工作時的自然整流之外，只需考慮單只濾波電感、單只雙向可控開關和相應的二極體整流橋BI的相關橋臂構成的電路。下面以後濾波電感L1、第一雙向可控開關BDSl和二極體整流橋BI為例說明，不失一般性，假定整個電路處於第一相電壓的正半周，由控制器發出驅動脈衝信號，使得第一雙向可控開關BDSl開通與關斷，結果通過第一雙向可控開關BDSl使得第一交流電容Cl的由左端到右端直接經過二極體整流橋BI的第二或第三橋臂下管充電，不經過電解電容El充電，結果第一濾波電感LI的正半周的導通角增加。假定整個電路處於第一相電壓的副半周，由控制器發出驅動脈衝信號，使得BDSl開通與關斷，結果通過第一雙向可控開關BDSl使得第一交流電容Cl的右端到左端直接經過二極體整流橋BI的第二或第三橋臂上管和電解電容El進行放電充電，即放電，結果第一濾波電感LI的副半周的導通角增加。
[0042]通過合理地安排第一雙向可控開關BDSl開通與關斷的規律，就可以配合自然整流過程，使得正、負半周濾波電感LI的的電流跨越180°範圍且跟蹤電網第一相(a相)電壓波形，抑制a相諧波電流於標準規定範圍以內，且基本使得a相基波電流與a相電壓波形同步，就可以獲得較高的功率因數。
[0043]可以採用相同的處理手段，使得且基本使得b、c相基波電流與b、c相電壓波形同步，且諧波電流得到有效抑制。最終獲得三相高功率因數，到達功率因數校正的目的。
[0044]脈衝發送規律的設計與三隻濾波電感Lf L3的感值、三隻交流電容Cf C3的容值、電解電容El的容值、電網電壓的範圍和負載的輕重都有關係。因此在三隻濾波電感Lf L3的感值、三隻交流電容Cf C3的容值、電解電容El的容值優化選定之後，需要根據負載的輕重計算雙向可控開關BDSl?BDS3的通斷規律，包括脈衝頻率、脈衝佔空比和脈衝的位置，這需要根據實測結果來確定，需要大量反覆的工作，需要不斷地對照諧波電流標準，如IEC61000-3-2，暫時沒有可用的解析解或閉合解。
[0045]以上分析方法，同樣適合直流迴路採用雙電容串聯的實施例二。
[0046]在本實施例中，所述第一濾波電感L1、第二濾波電感L2、第三濾波電感L3的電感為3.5mH?5.5mH,電流為15A。第一交流電容Cl、第二交流電容C2、第三交流電容C3的電容分別為22 μ F?35 μ F，電壓為250V。第一雙向可控開關BDS1、第二雙向可控開關BDS2、第三雙向可控開關BDS3支持35Α/100。C，600V，並可以採用任何現有或新型雙向可控開關的型式。二極體整流橋BI支持35Α/100。C，600V。電解電容El的電容為4x680 μ F，分成兩組，每組並聯，並聯後的每組再串聯，單只耐壓450V。穩定電阻Rl為68kQ/10W。開關頻率為20kHz。
[0047]本實施例的電路結構簡單、控制簡便、可廣泛地應用在所有的前級電路為三相整流器的電力電子變換器中，並且設計容易、網側功率因數高，抑制諧波電流，直流電壓平穩。
[0048]實施例二
[0049]本實施例提供一種可控整流電路的應用電路，如圖2所示，所述應用電路包括三相交流電網1、濾波電路2、整流電路3、以及校正電路4。所述三相交流電網I包括第一火線Ua、第二火線Ub、第三火線Uc。所述濾波電路包括三個濾波電感，即第一濾波電感L1、第二濾波電感L2、以及第三濾波電感L3。所述整流電路3包括，二級管整流橋B1、第一電解電容E1、第二電解電容E2、第一穩定電阻R1、以及第二穩定電阻R2，所述二極體整流橋BI具有三個橋臂，即第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂。所述校正電路4包括第一雙向可控開關BDS1、第二雙向可控開關BDS2、第三雙向可控開關BDS3、第一交流電容Cl、第二交流電容C2、第三交流電容C3。
[0050]其中，所述三相交流電網I用於為整個三相可控整流電路供電。
[0051]所述濾波電路2，與所述三相交流電網I相連，用於濾波所述三相交流電網輸出的交流電，其中，第一濾波電感LI的一端與所述三相交流電網I中的第一火線Ua相連,第一濾波電感LI的另一端與所述整流電路3中的二極體整流橋BI的第一輸入端NI相連，即與二極體整流橋BI的第一橋臂中點相連；第二濾波電感L2的一端與所述三相交流電網I中的第二火線Ub相連，第二濾波電感L2的另一端與所述整流電路3中的二極體整流橋BI的第二輸入端N2相連，即與二極體整流橋BI的第二橋臂中點相連；第三濾波電感L3的一端與所述三相交流電網I中的第二火線Uc相連，第二濾波電感L3的另一端與所述整流電路3中的二極體整流橋BI的第三輸入端N3相連，即與二極體整流橋BI的第三橋臂中點相連。
[0052]所述整流電路3，與所述濾波電路2相連，用於由濾波電路輸入的交流電轉換成直流電，其中，第一電解電容El和第一穩定電阻Rl並聯，第二電解電容E2和第二穩定電阻Rl並聯，第一電解電容E1、第一穩定電阻Rl與第二電解電容E2、第二穩定電阻Rl之間存在直流環節中點。所述二極體整流橋BI的正極與第一電解電容El的正極相連，形成輸出正極DCP，所述二極體整流橋BI的負極與第二電解電容E2的負極相連，形成輸出負極DCN。
[0053]所述校正電路，與所述濾波電路2和整流電路3相連，用於校正網側功率因數，其中，第一雙向可控開關BDSl的一端與所述二極體整流橋BI的第一輸入端NI相連，所述第一雙向可控開關BDSl的另一端與第一交流電容Cl的一端相連,第一交流電容Cl的另一端與所述第一電解電容El的負極相連，即所述第一交流電容Cl的另一端連接在所述直流環節中點；第二雙向可控開關BDS2的一端與所述二極體整流橋BI的第二輸入端N2相連，所述第二雙向可控開關BDS2的另一端與第二交流電容C2的一端相連，第二交流電容C2的另一端與所述電解電容El的負極相連，即所述第二交流電容C2的另一端連接在所述直流環節中點；第三雙向可控開關BDS3的一端與所述二極體整流橋BI的第三輸入端N3相連，所述第三雙向可控開關BDS3的另一端與第三交流電容C3的一端相連，第三交流電容C3的另一端與所述電解電容El的負極相連，即所述第三交流電容C3的另一端連接在所述直流環節中點。
[0054]本發明所述的三相可控整流電路，其電路結構簡單、控制簡便、可廣泛地應用在所有的前級電路為三相整流器的電力電子變換器中，並且設計容易、網側功率因數高，抑制諧波電流，直流電壓平穩。
[0055]綜上所述，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0056]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種三相可控整流電路，其特徵在於，所述三相可控整流電路包括:三相交流電網、濾波電路、整流電路、以及校正電路； 所述三相交流電網，用於為整個三相可控整流電路供電；包括第一火線、第二火線、第三火線； 所述濾波電路，與所述三相交流電網相連，用於濾波所述三相交流電網輸出的交流電；包括第一濾波電感、第二濾波電感、以及第三濾波電感； 所述整流電路，與所述濾波電路相連，用於由濾波電路輸入的交流電轉換成直流電；包括二級管整流橋、電解電容、和穩定電阻，所述二極體整流橋具有第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂； 所述校正電路，與所述濾波電路和整流電路相連，用於校正網側功率因數；包括第一雙向可控開關、第二雙向可控開關、第三雙向可控開關、第一交流電容、第二交流電容、以及第三交流電容。
2.根據權利要求1所述的三相可控整流電路，其特徵在於:所述濾波電路中第一濾波電感的一端與所述三相交流電網中的第一火線相連，第一濾波電感的另一端與所述整流電路中的二極體整流橋的第一輸入端相連；第二濾波電感的一端與所述三相交流電網中的第二火線相連，第二濾波電感的另一端與所述整流電路中的二極體整流橋的第二輸入端相連；第三濾波電感的一端與所述三相交流電網中的第二火線相連，第三濾波電感的另一端與所述整流電路中的二極體整流橋的第三輸入端相連。
3.根據權利要求2所述的三相可控整流電路，其特徵在於:所述二極體整流橋的第一、第二、第三輸入端為二極體整流橋第一、第二、第三橋臂的中點。
4.根據權利要求1所述的三相可控整流電路，其特徵在於:所述整流電路中的電解電容和穩定電阻並聯。
5.根據權利要求1所述的三相可控整流電路，其特徵在於:所述二極體整流橋的正極與電解電容的正極相連，形成輸出正極，所述二極體整流橋的負極與電解電容的負極相連，形成輸出負極。
6.根據權利要求1所述的三相可控整流電路，其特徵在於:所述校正電路中第一雙向可控開關的一端與所述二極體整流橋的第一輸入端相連，所述第一雙向可控開關的另一端與第一交流電容的一端相連，第一交流電容的另一端與所述電解電容的負極相連。
7.根據權利要求1所述的三相可控整流電路，其特徵在於:所述校正電路中第二雙向可控開關的一端與所述二極體整流橋的第二輸入端相連，所述第二雙向可控開關的另一端與第二交流電容的一端相連，第二交流電容的另一端與所述電解電容的負極相連。
8.根據權利要求1所述的三相可控整流電路，其特徵在於:所述校正電路中第三雙向可控開關的一端與所述二極體整流橋的第三輸入端相連，所述第三雙向可控開關的另一端與第三交流電容的一端相連，第三交流電容的另一端與所述電解電容的負極相連。
【文檔編號】H02M1/12GK103812366SQ201210445225
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月8日 優先權日:2012年11月8日
【發明者】楊興華, 王立軍, 吳倫兵, 顏道丹, 張聯柱, 田雨 申請人:上海儒競電子科技有限公司