CN201956919U - 一种电流型多脉波整流电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电流型多脉波整流电路，包括n个移相变压器和n个整流桥，所述n个移相变压器的原边串联形成移相变压器链，所述移相变压器链的输入端作为电流型多脉波整流电路的输入端，各个移相变压器的变比相同，相邻移相变压器对电流波形的相移角顺次偏差π/(3n)；各个移相变压器的副边分别与一个整流桥相连，所有整流桥的输出端并联形成整流桥组输出端，所述整流桥组输出端作为电流型多脉波整流电路的输出端。其中，n为自然数。本实用新型提供的电路，在实现输入电流正弦性的前提下，确保输出文波小，能够使整流桥自动均流，降低二极管的电流应力，提高二极管的使用效率，并且各整流桥二极管实现自然换相，避免二极管换相重叠导致的电压污染。

Description

一种电流型多脉波整流电路

技术领域

本实用新型涉及电力变换电路，尤其涉及一种电流型多脉波整流电路。

背景技术

当今电力电子设备在公用电网中大量应用，电力电子设备对公用电网注入的谐波污染非常严重，人们设计了很多降低谐波污染的措施。在大功率整流应用场合，如高压变频驱动、城市轨道交通的整流供电以及大电网中使用的高压直流输配电等，都采用多脉波整流方式来降低整流器对交流电网的谐波污染。

图1所示为传统24脉波整流电路，图2(a)所示为图1中整流桥1、3产生的A相输入电流i′_a1、i′_a3，图2(b)所示为整流桥2、4产生的A相输入电流i′_a2、i′_a4，图2(c)所示为合成后的输入A相交流电流i_a。合成后的电流正弦性好，对电网的谐波污染小。这种典型的多脉波整流电路因为其输出整流电压呈现多个脉动电压波头而得名，因此这里也把它称为电压型多脉波整流电路。

传统的电压型多脉波整流电路存在以下缺点：

(1)由于整流桥输出并联，为了降低整流管的电流定额，实现多个整流桥臂的均流，整流桥输出需要采用平衡电抗器，如图1中的电感L_p1、电感L_p2和电感L_p3，因此增加了整流器的体积成本；而在有些应用场合，为了实现整流器间均流的同时为了减小体积，而采用特殊的变压器制作方法(例如绕组分裂绕法)，通过增加变压器的漏感(即增加分裂阻抗)来实现整流器间二极管的均流，但这种方法对变压器的制作工艺提出了更高的要求，增加了变压器的制作成本。

(2)由于整流桥换相时，二极管的电流不为零，变压器的漏感使整流桥换相时存在换相重叠，即换相的短时间内造成相与相之间短路，而在大功率整流应用场合，电网传输线的阻抗与变压器的漏感抗相当甚至更大，因此整流器换相重叠对电网造成电压波形缺口，从而影响电网电压波形。

(3)受变压器绕组的匝数取整的影响，移相变压器输出基波电压的差异将导致整流器二极管不均流现象，在不均流时，二极管的电流应力增大，因此传统多脉波整流器二极管电流定额在设计时必须留有充分余量，从而降低了二极管的利用率。

实用新型内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种电流型多脉波整流电路，在实现输入电流正弦性的前提下，能够使整流桥自动均流，降低二极管的电流应力，提高二极管的使用效率，并且各整流桥二极管实现自然换相，避免二极管换相重叠导致的电压污染。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种电流型多脉波整流电路，包括n个移相变压器和n个整流桥，所述n个移相变压器的原边串联形成移相变压器链，所述移相变压器链的输入端作为电流型多脉波整流电路的输入端，各个移相变压器的变比相同，相邻移相变压器对电流波形的相移角顺次偏差π/(3n)；各个移相变压器的副边分别与一个整流桥相连，所有整流桥的输出端并联形成整流桥组输出端，所述整流桥组输出端作为电流型多脉波整流电路的输出端。其中，n为自然数。

移相变压器原边串联在输入电压上，因而各个移相变压器原边各相获得一致的电流波形，副边获得经过移相的电流波形，各个移相变压器副边电流幅值相同，且相位相互错开π/(3n)；整流桥将移相变压器副边获得的电流整流成直流电流，整流桥的输出并联以便于降低输出电流文波，形成m脉动波头的电流波形(m为脉波整流数目，且m＝6×n)。

所有移相变压器的原边和副边电流幅值分别都相等，所有输出整流桥的输出电流都相同，自动实现均流，为了进一步提高输入品质或输出品质，可以在输出端连接输出滤波电容、在输入端串联输入滤波电感或者在输出端串联输出滤波电感。

所述电流型多脉波整流电路还包括输入滤波电感，所述移相变压器链的输入端串联输入滤波电感后作为电流型多脉波整流电路的输入端。输入滤波电感可以抑制输入高频电流的产生，使输入电流进一步趋于正弦。

所述电流型多脉波整流电路还包括输出滤波电容，所述整流桥组输出端与输出滤波电容连接后作为电流型多脉波整流电路的输出端。输出滤波电容可以吸收合成后的电流纹波，以使得直流输出电压和输出电流更加平稳。

所述电流型多脉波整流电路还包括输出滤波电感：在存在输出滤波电容的情况下，所述整流桥组输出端与输出滤波电感串联后，再与输出滤波电容连接；在不存在输出滤波电容的情况下，所述整流桥组输出端与输出滤波电感串联后作为电流型多脉波整流电路的输出端。输出滤波电感可以抑制整流后的电流脉动。

有益效果：本实用新型提供的一种电流型多脉波整流电路，在实现输入电流正弦性的前提下，确保输出纹波小，能够使整流桥自动均流，降低二极管的电流应力，提高二极管的使用效率，并且各整流桥二极管实现自然换相，避免二极管换相重叠导致的电压污染。

附图说明

图1为传统24脉波整流电路；

图2(a)为整流桥1、3产生的A相输入电流i′_a1、i′_a3；

图2(b)为整流桥2、4产生的A相输入电流i′_a2、i′_a4；

图2(c)为交流电网输入A相电流i_a；

图3为本实用新型的结构示意图；

图4(a)为本实用新型的一种结构示意图；

图4(b)为本实用新型的另一种结构示意图；

图5(a)为对应图4(a)的一种24脉波整流电路范例；

图5(b)为对应图4(b)的一种24脉波整流电路范例；

图6(a)为电路图5(a)的交流输入A相电流i_a；

图6(b)为电路图5(a)的各移相变压器输出A相电流波形i_a1、i_a2、i_a3、i_a4；

图6(c)为电路图5(a)整流后合成的直流电流波形i_dc1；

图6(d)为电路图5(a)的直流输出电压波形U_dc；

图7(a)为电路图5(b)的交流输入A相电流i_a；

图7(b)为电路图5(b)的各移相变压器输出A相电流波形i_a1、i_a2、i_a3、i_a4；

图7(c)为电路图5(b)整流后合成的直流电流波形i_dc1；

图7(d)为电路图5(b)的直流输出电压波形U_dc。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图3所示为本实用新型的结构示意图，一种电流型m脉波整流电路，包括n个移相变压器和n个整流桥，所述n个移相变压器的原边串联形成移相变压器链，所述移相变压器链的输入端作为电流型多脉波整流电路的输入端，各个移相变压器的变比相同，相邻移相变压器对电流波形的相移角顺次偏差π/(3n)；各个移相变压器的副边分别与一个整流桥相连，所有整流桥的输出端并联形成整流桥组输出端，所述整流桥组输出端作为电流型多脉波整流电路的输出端。其中，n为自然数，m＝6×n。

图3所示的移相变压器组中的第一个移相变压器对基波电流的相位移θ₁取决于移相变压器组的设计制作，以所有移相变压器组绕组的实现便利为选取原则，并无其它特殊限定。其余移相变压器对基波电流的位移为θ_x＝θ₁+(x-1)×π/(3×n)，其中下标x表示第x个移相变压器，x 1，2，...，n。各移相变压器对基波电流的变比一致，都为k∶1，k值根据输入电压U_in和输出直流电压U_dc的比例关系来调整。i_a表示三相输入中的A相电流，i_ax表示经第x个移相变压器后的A相输出电流。

三相交流输入电压U_in经过电流型多脉波整流电路的输入端接入，经电流型多脉波整流电路的输出端得到直流输出电压U_dc。

所有移相变压器的原边和副边电流幅值分别都相等，所有输出整流桥的输出电流都相同，自动实现均流，为了进一步提高输入品质或输出品质，可以在输出端连接输出滤波电容、在输入端串联输入滤波电感或者在输出端串联输出滤波电感。

图4(a)所示为包括输入滤波电感L_i和输出滤波电容C_o的电流型多脉波整流电路，其中输入滤波电感L_i串联在移相变压器链的输入端，输出滤波电容C_o连接在整流桥组输出端。

图4(b)所示为包括输出滤波电感L_o和输出滤波电容C_o的电流型多脉波整流电路，其中输出滤波电感L_o串联在整流桥组输出端后，再与输出滤波电容C_o相连接。

图5(a)为使用图4(a)结构的一种24脉波整流电路具体实施范例，图5(b)为使用图4(b)结构的一种24脉波整流电路具体实施范例。

图5(a)所示的电路三相交流输入电压U_in经过输入滤波电感L_i后连接移相变压器组(T1、T2、T3和T4)，4个移相变压器各相原边绕组串联并在最后一个移相变压器(T4)三相原边绕组末端连接于一点，移相变压器(T1、T2、T3和T4)依次对基波电流产生-π/12、0、π/12和π/6的相位移，移相变压器(T1、T2、T3和T4)副边三相输出都经对应的三相六二极管整流电路(B1、B2、B3和B4)整流得到直流正极和负极，所有整流桥的输出直流正极和负极分别都连接于输出滤波电容(C_o)的正极和负极，从而得到直流输出电压U_dc。

图5(b)所示的电路三相交流输入电压U_in连接移相变压器组(T1、T2、T3和T4)，4个移相变压器各相原边绕组串联并在最后一个移相变压器(T4)三相原边绕组末端连接于一点，移相变压器(T1、T2、T3和T4)依次对基波电流产生-π/12、0、π/12和π/6的相位移，移相变压器(T1、T2、T3和T4)副边三相输出都经三相六二极管整流电路(B1、B2、B3和B4)整流得到直流正极和负极，所有整流桥的输出直流正极都连接到输出滤波电感L_o一端，输出滤波电感L_o的另一端和整流桥的输出负极分别连接于输出滤波电容(C_o)的正极和负极，从而得到直流输出电压U_dc。

图6(a)、图6(b)、图6(c)、图6(d)所示为图5(a)电路结构的关键波形图(即实施效果图)。其中图6(a)所示为交流输入A相电流i_a，图6(b)为各移相变压器输出A相电流波形i_a1、i_a2、i_a3、i_a4，图6(c)为整流后合成的直流电流波形i_dc1，图6(d)为直流输出电压波形U_dc。

图7(a)、图7(b)、图7(c)、图7(d)所示为图5(b)电路结构的关键波形图(即实施效果图)。其中图7(a)所示为交流输入A相电流i_a，图7(b)为各移相变压器输出A相电流波形i_a1、i_a2、i_a3、i_a4，图7(c)为整流后合成的直流电流波形i_dc1，图7(d)为直流输出电压波形U_dc。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种电流型多脉波整流电路，其特征在于：所述电流型多脉波整流电路包括n个移相变压器和n个整流桥，所述n个移相变压器的原边串联形成移相变压器链，所述移相变压器链的输入端作为电流型多脉波整流电路的输入端，各个移相变压器的变比相同，相邻移相变压器对电流波形的相移角顺次偏差π/(3n)；各个移相变压器的副边分别与一个整流桥相连，所有整流桥的输出端并联形成整流桥组输出端，所述整流桥组输出端作为电流型多脉波整流电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的电流型多脉波整流电路，其特征在于：所述电流型多脉波整流电路还包括输入滤波电感，所述移相变压器链的输入端串联输入滤波电感后作为电流型多脉波整流电路的输入端。

3.根据权利要求1或2所述的电流型多脉波整流电路，其特征在于：所述电流型多脉波整流电路还包括输出滤波电容，所述整流桥组输出端与输出滤波电容连接后作为电流型多脉波整流电路的输出端。

4.根据权利要求3所述的电流型多脉波整流电路，其特征在于：所述电流型多脉波整流电路还包括输出滤波电感，所述整流桥组输出端与输出滤波电感串联后，再与输出滤波电容连接。

5.根据权利要求1所述的电流型多脉波整流电路，其特征在于：所述电流型多脉波整流电路还包括输出滤波电感，所述整流桥组输出端与输出滤波电感串联后作为电流型多脉波整流电路的输出端。

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