CN102447409A

CN102447409A - 一种低谐波整流电路

Info

Publication number: CN102447409A
Application number: CN2012100051983A
Authority: CN
Inventors: 罗代云; 于冬锋
Original assignee: Nanjing Shangke Machinery & Electricity Co ltd
Current assignee: Nanjing Shangke Machinery & Electricity Co ltd
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2012-05-09

Abstract

本发明涉及一种低谐波整流电路，由三相构成，每相都包含三相变压器中的一相、整流模块、电抗器、电控开关、二极管及共用电容组成单相PFC，然后将三个单相PFC输出端并联在一起，用于将三相交流电能转换为直流电能，采用这种电路结构，在转换过程中可以做到产生的谐波量很低。

Description

一种低谐波整流电路

技术领域：

本发明涉及一种低谐波整流电路，用于将三相交流电能转换为直流电能，并且在转换过程中可以做到产生的谐波量很低。

背景技术：

直流电能是一种广泛使用的电能形式，大功率直流电能通常是通过将电网三相交流电能通过三相桥式二极管或晶闸管整流器整流获得，在这个过程中会产生大量的谐波。为了解决谐波问题，有人提出了一种三相Boost功率因数校正电路，这种电路只采用一个开关器件，各相电流不能完全按正弦规律变化，其中包含一定的低次谐波。

发明内容：

鉴于现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种低谐波整流电路，该电路可保证各相电流以任意相位按正弦规律或非正弦规律变化。而且当电流以正弦规律变化时谐波非常低。

本发明的目的是通过以下措施实现的：

一种低谐波整流电路，包括设有T1、T2、T3的三相变压器，三相变压器中各相的原边绕组与交流电网相连，其特征是：三相变压器各相的副边绕组各连接一个整流模块D16、D17、D18的交流输入端，各整流模块D16、D17、D18的直流输出正端分别接电抗器L1、L2、L3一端，电抗器L1、L2、L3的另一端分别接电控开关Q1的集电极和二级管D5的阳极、电控开关Q2的集电极和二级管D10的阳极、电控开关Q3的集电极和二级管D15的阳极；二级管D5、D10、D15的阴极相互连接并与电容C1正极相连；各桥式整流器D16、D17、D18的直流输出负端分别接电控开关Q1、Q2、Q3的发射集和电容C1的负极，电容C1的二端即为直流电能的输出端。

三相变压器中各相的原边绕组采用三角形接法或星形接法与交流电网相连。

所述各整流模块均由四个二极管组成，其中一相整流模块的四个二极管D1、D2、D3、D4两两串联，二极管D1的阳极和D3的阴极接三相变压器T1相的副边绕组的一端，二极管 D2的阳极和D4的阴极接三相变压器T1相的副边绕组另一端；二极管D1的阴极和D2的阴极接在一起，作为该整流模块的直流输出正端；二极管D3的阳极和D4的阳极接在一起，作为该整流模块的直流输出负端；其余二相的整流模块及与三相变压器T2、T3相的接法与此相相同。

电控开关Q1、Q2、Q3采用双极型晶体管、MOS管、IGBT、IPM、IGCT或其它电力电子元器件。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、本发明的低谐波整流器用于将三相交流电能转换为直流电能，其电路设计巧妙，采用这种电路结构，在转换过程中可以做到产生的谐波量很低。

2、本发明对电网的三相各设一个单相PFC电路，整流电路中的电流只在本相流动而不流入另外一相，从而避免了整流过程中相间影响。

3、另外，本发明的低谐波整流器与配套的控制器一起工作。控制器能够产生相应的脉冲序列分别控制电控开关Q1、Q2、Q3的开关状态，并在电抗器L1、L2、L3的配合下，保证各相电流以任意相位按正弦规律或非正弦规律变化。可以根据需要，进行单相调控。

附图说明：

附图1和附图2是本发明的原理图。

图中：D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14、D15是二极管，D16、D17、D18是整流模块（采用单相桥式整流器）；T1、T2、T3分别是三相变压器中的一相；L1、L2、L3是电抗器，Q1、Q2、Q3是电控开关，C1是电容。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明进行描述。

实施例一：

附图1中D16、D17、D18是单相桥式整流器，AC端是整流器的交流输入端，V+端是整流器的直流输出正端，V-端是整流器的直流输出负端。

附图1中T1、T2、T3分别表示同一个三相变压器中的一相，A、B、C分别表示电网的三相，“正”、“负”表示输出直流电能的极性。三相交流电能分别由A、B、C输入，直流电能由“正”、“负”输出。与电网相连接的绕组是变压器的原边，与每个单相桥式整流器交流输入端相连接的绕组是变压器的副边。三相变压器T1、T2、T3的原边和副边分别位于各自的芯柱上，芯柱之间可以有磁路相通如公知普通三相变压器。原边接成三角形。三相变压器的T1、D16、D5、L1、Q1构成一相。三相变压器的T2、D17、D10、L2、Q2和三相变压器T3、D18、D15、L3、Q3分别构成另外两相。

在三相变压器T1所属的一相中，T1的副边与单相桥式整流器的交流输入端连接。电抗器L1的一端与单相桥式整流器的直流输出正端连接，电抗器L1的另一端与Q1集电极、D5的正极连接。电容C1的正极与二极管D5、D10、D15的负极及直流电能的输出“正”端连接；电容C1的负极与电控开关Q1、Q2、Q3的发射极连接，3个单相桥式整流器的直流输出负端即直流电能输出的“负”端。在三相变压器的T2和T3所属的两相接法与T1相连接方式相同。

实施例二：

附图2中，每个单相桥式整流器均由四个二极管组成，即用二极管D1、D2、D3、D4，D6、D7、D8、D9，D11、D12、D13、D14，分别组成三个分立元件单相桥式整流器。在D1、D2、D3、D4组成的桥式整流器中D1的阳极和D3阴极接在一起，D2的阳极和D4阴极接在一起，分别作为单相桥式整流器的交流输入端；D1的阴极和D2阴极接在一起，作为单相桥式整流器的直流输出正端；D3的阳极和D4阳极接在一起，作为单相桥式整流器的直流输出负端。在D6、D7、D8、D9组成的桥式整流器中D6的阳极和D8阴极接在一起，D7的阳极和D9阴极接在一起，分别作为单相桥式整流器的交流输入端；D6的阴极和D7阴极接在一起，作为单相桥式整流器的直流输出正端；D8的阳极和D9阳极接在一起，作为单相桥式整流器的直流输出负端。在二极管D11、D12、D13、D14组成的桥式整流器中D11的阳极和D13阴极接在一起，D12的阳极和D14阴极接在一起，接三相变压器T1相的副边绕组两端，分别作为单相桥式整流器的交流输入端；D11的阴极和D12阴极接在一起，作为单相桥式整流器的直流输出正端；D13的阳极和D14阳极接在一起，作为单相桥式整流器的直流输出负端。

以上两实施例中，电控开关Q1、Q2、Q3可以是双极型晶体管，也可以是MOS管、IGBT、IPM、IGCT或其它电力电子元器件。

控制信号由电控开关Q1、Q2、Q3的基极加入。还需要特别说明的是:三相变压器原边也可以接成星形。

本发明工作原理如下:

由以上实施例可见，本发明的低谐整流电路中三相变压器的副边分别接到一个单相桥式整流器的交流输入端，并非接成三角形或星形。T1的副边、单相桥式整流器、D5、L1、Q1构成一个单相PFC（Power Factor Correction）的主电路。与此相似，由T2、T3等构成另外两个单相PFC电路，三个单相PFC电路输出端并联共用一个电容C1。

本发明每一相变压器副边的电流只在本相流动而不流入另外一相，因此每一相变压器副边的电流的波形、幅度、相位只受本相电控开关的控制而不受另外两相的影响，选择适当的控制信号脉冲序列，就可以得到相应的电流波形，包括与本相电压同频同相的正弦波电流，从而实现低谐波高功率因数整流。因为同一变压器芯柱的原边和副边电流具有相同的波形，而幅度与变比有关，并且受同名端影响在相位上同相或反相，换言之，改变副边电流的波形、幅度和相位，即可以改变原边电流的波形、幅度和相位，进而改变从电网输入电流的波形、幅度和相位。因此当电网上有感性负荷时，本电路可以成为等效容性负荷，以提高电网的功率因数；当电网上有非线性负荷产生谐波电流时，本电路可以通过控制器，控制三个电控开关Q1、Q2、Q3注入反相谐波电流，从而减轻或消除非线性负荷的影响；当电网三相负荷不平衡时，本电路可以只从负荷较轻的一相或两相获取电能，供本发明的负载应用，让电网三相负荷趋于平衡。

Claims

1.一种低谐波整流电路，包括设有T1、T2、T3的三相变压器，三相变压器中各相的原边绕组与交流电网相连，其特征是：三相变压器各相的副边绕组各连接一个整流模块D16、D17、D18的交流输入端，各整流模块D16、D17、D18的直流输出正端分别接电抗器L1、L2、L3一端，电抗器L1、L2、L3的另一端分别接电控开关Q1的集电极和二级管D5的阳极、电控开关Q2的集电极和二级管D10的阳极、电控开关Q3的集电极和二级管D15的阳极；二级管D5、D10、D15的阴极相互连接并与电容C1正极相连；各桥式整流器D16、D17、D18的直流输出负端分别接电控开关Q1、Q2、Q3的发射集和电容C1的负极，电容C1的二端即为直流电能的输出端。

2.根据权利要求1所述的低谐波整流电路，特征是：所述三相变压器中各相的原边绕组采用三角形接法或星形接法与交流电网相连。

3.根据权利要求1所述的低谐波整流电路，特征是：所述各整流模块均由四个二极管组成，其中一相整流模块的四个二极管D1、D2、D3、D4两两串联，二极管D1的阳极和D3的阴极接三相变压器T1相的副边绕组的一端，二极管 D2的阳极和D4的阴极接三相变压器T1相的副边绕组另一端；二极管D1的阴极和D2的阴极接在一起，作为该整流模块的直流输出正端；二极管D3的阳极和D4的阳极接在一起，作为该整流模块的直流输出负端；其余二相的整流模块及与三相变压器T2、T3相的接法与此相相同。

4.根据权利要求1所述的低谐波整流电路，特征是：所述电控开关Q1、Q2、Q3采用双极型晶体管、MOS管、IGBT、IPM、IGCT或其它电力电子元器件。