CN202889230U - 一种三相十八脉冲整流电路 - Google Patents

一种三相十八脉冲整流电路 Download PDF

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朱元庆
刘极上
王祺
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Abstract

本实用新型提供一种三相十八脉冲整流电路，包括：与三相交流电相连的滤波电路；与所述滤波电路的三相输出端相连的初级绕组、与所述初级绕组相连的第一次级绕组和第二次级绕组；与所述滤波电路的三相输出端相连、用于产生位置居中的双窄电流波的自然整流电路；与所述变压器中的第一次级绕组相连、用于产生位置超前的双窄电流波的超前整流电路；与所述变压器中的第一次级绕组相连、用于产生双窄电流的幅值低于所述自然整流电路产生的双窄电流的幅值的滞后整流电路；所述自然整流电路的输出端、超前整流电路的输出端和滞后整流电路的输出端相连并形成一直流输出正极端和一直流输出负极端。本实用新型电路简单，可以有效提高无源功率因数校正效果。

Description

一种三相十八脉冲整流电路
技术领域
本实用新型涉及电力电子变换器中的三相整流电路技术领域，特别是涉及一种三相十八脉冲整流电路。
背景技术
开关电源是各种用电设备的重要组成部分之一，将交流市电转换为所需的低压直流控制电，作为各种电子电路的电源使用。通常由将交流变换为直流的整流电路和将整流后不稳定的高压直流变换为所需的稳定低压直流的直流变换电路两部分组成。小功率开关电源的整流电路，通常是由单相全桥二极管整流模块和大容量电解电容组成的不控全桥整流电路。其输出电压直接受输入交流电压幅值控制。在宽输入电压范围的应用场合，输出电压变化大，后级开关电源设计困难。且当电压幅值较高时，如使用线电压输入单相整流桥，需要选用高压功率元器件。但高压功率元器件导通电阻大，导致效率降低，成本也较高。
在较大功率的家用电器和开关电源领域，如柜机变频空调和蓄电池充电器，需要采用三相交流电源供电，其中所采用电力电子变换器的前级电路大都采用三相不控整流电路。无论后级负带何种负载，不控整流电路都属于非线性负载，在网侧产生谐波电流和无功功率，造成网侧谐波电流污染和较低的网侧功率因数，为此需要采用功率因数校正技术。
可以采用有源功率因数校正技术，也可以采用无源功率因数校正技术。对于功率相对较小的应用领域，为了价格低成本，简化开发过程，可以采用无源功率因数校正技术。除了功率因数校正效果相对较差之外，具有结构简单、控制容易等优点，因此目前仍然具有广泛的应用场合。在无源功率因数校正中，大部分做法是在网侧线路上增加电感，进行谐波电流抑制，其优点是简单，但是校正效果不是很理想，而且电感压降较大，限制了负载能力。因此需要对无源功率因数校正技术进行改进。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种三相十八脉冲整流电路，用于解决无源功率因数校正中电路复杂和技术效果不佳的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种三相十八脉冲整流电路，包括：与三相交流电相连并形成三相输出端的滤波电路；变压器，包括：与所述滤波电路的三相输出端相连的初级绕组、与所述初级绕组相连、相位超前所述初级绕组的第一次级绕组和与所述初级绕组相连、相位滞后所述初级绕组的第二次级绕组；与所述滤波电路的三相输出端相连、用于产生第一双窄电流波的自然整流电路；与所述变压器中的第一次级绕组相连、用于产生相对于第一双窄电流波而相位超前的第二双窄电流波的超前整流电路；与所述变压器中的第一次级绕组相连、用于产生相对于第一双窄电流波而相位滞后的第三双窄电流波的滞后整流电路；所述自然整流电路的输出端、所述超前整流电路的输出端和所述滞后整流电路的输出端相连并形成一直流输出正极端和一直流输出负极端。
可选地，所述滤波电路包括：与三相交流电的第一相电相连的第一滤波电感和输入端与所述第一滤波电感的输出端相连的第一滤波电容，所述第一滤波电感和第一滤波电容相连之后形成第一相滤波输出端；与三相交流电的第二相电相连的第二滤波电感和输入端与所述第二滤波电感的输出端相连的第二滤波电容，所述第二滤波电感和第二滤波电容相连之后形成第二相滤波输出端；与三相交流电的第三相电相连的第三滤波电感和输入端与所述第三滤波电感的输出端相连的第三滤波电容，所述第三滤波电感和第三滤波电容相连之后形成第三相滤波输出端；所述第一滤波电容的输出端、所述第二滤波电容的输出端和所述第三滤波电容的输出端连接形成一共端点。
可选地，所述自然整流电路包括与所述滤波电路的三相输出端相连、并形成一直流输出正极端和直流输出负极端的第一二极管整流桥。
可选地，所述第一二极管整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管；第一二极管的阳极和第四二极管的阴极相连，第二二极管的阳极和第五二极管的阴极相连，第三二极管的阳极和第六二极管的阴极相连；所述第一相滤波输出端、所述第二相滤波输出端和所述第三相滤波输出端粉笔而连接在第一二极管和第四二极管之间、第二二极管和第五二极管之间和第三二极管和第六二极管之间；第一二极管的阴极、第二二极管的阴极和第三二极管的阴极相连形成一直流输出正极端，第四二极管的阳极、第五二极管的阳极和第六二极管的阳极相连形成一直流输出负极端。
可选地，所述自然整流电路还包括两端分别与第一二极管整流桥的直流输出正极端和直流输出负极端相连的电解电容和稳定电阻。
可选地，所述超前整流电路包括与第一次级绕组相连、并形成两个输出端的第二二极管整流桥；第二二极管整流桥的两个输出端分别对应与第一二极管整流桥中的直流输出正极端和直流输出负极端相连。
可选地，所述第二二极管整流桥包括第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管和第十二二极管；第七二极管的阳极和第十二极管的阴极相连，第八二极管的阳极和第十一二极管的阴极相连，第三二极管的阳极和第六二极管的阴极相连；第一次级绕组的三个输出端分别连接在第七二极管和第十二极管之间、第八二极管和第十一二极管之间和第九二极管和第十二二极管之间；第七二极管阴极、第八二极管阴极和第九二极管的阴极相连并与第一二极管整流桥的直流输出正极端相连；第十二极管的阳极、第十一二极管的阳极和第十二二极管的阳极相连并与第一二极管整流桥的直流输出负极端相连。
可选地，所述滞后整流电路包括与第二次级绕组相连、并形成两个输出端的第三二极管整流桥；第三二极管整流桥的两个输出端分别对应与第一二极管整流桥中的直流输出正极端和直流输出负极端相连。
可选地，所述第三二极管整流桥包括第十三二极管、第十四二极管、第十五二极管、第十六二极管、第十七二极管和第十八二极管；第十三二极管的阳极和第十六二极管的阴极相连，第十四二极管的阳极和第十七二极管的阴极相连，第十五二极管的阳极和第十八二极管的阴极相连；第二次级绕组的三个输出端分别连接在第十三二极管和第十六二极管之间、第十四二极管和第十七二极管之间和第十五二极管和第十八二极管之间；第十三二极管阴极、第十四二极管阴极和第十五二极管的阴极相连并与第一二极管整流桥的直流输出正极端相连；第十六极管的阳极、第十七二极管的阳极和第十八二极管的阳极相连并与第一二极管整流桥的直流输出负极端相连。
可选地，第一次级绕组相对初级绕组相位超前30°；第二次级绕组相对初级绕组相位滞后30°。
如上所述，本实用新型的一种三相十八脉冲整流电路，具有以下有益效果：
1、本实用新型的通过移相整流原理，产生错时整流和可调整流强度，改善滤波电路后级电流波形，经过滤波电路作用后，在网侧得到近似单位功率因数，实现谐波电流抑制和改善网侧功率因数的目的，同时可以实现十八脉冲整流，改善直流输出电压波形，达到功率因数校正目的。
2、本实用新型电路结构简单，控制简便，可广泛地应用在几乎所有的前级电路为三相整流器的电力电子变换器中，结构简单，设计容易，网侧功率因数高，直流电压平稳。
附图说明
图1显示为本实用新型的一种三相十八脉冲整流电路的整体结构示意图。
图2显示为本实用新型的一种三相十八脉冲整流电路的优选的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
本实用新型提供一种三相十八脉冲整流电路，用于解决无源功率因数校正中电路复杂和技术效果不佳的问题。以下将详细阐述本实用新型的一种三相十八脉冲整流电路的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实用新型的一种三相十八脉冲整流电路。
请参阅图1，显示为本实用新型一种三相十八脉冲整流电路的结构示意图。如图1所示，本实用新型中的整流电路包括：滤波电路1、变压器2、自然整流电路3、超前整流电路4、和滞后整流电路5。
请参阅图2，显示为本实用新型的一种三相十八脉冲整流电路的优选的结构示意图。
滤波电路1与三相交流电相连并形成三相输出端。具体地，在本实施例，如图2所示，所述三相交流电的三相分别为第一相电ua，第二相电ub和第三相电uc，具体地，在本实施例中，三相交流电源为380VAC，额定输出功率5.0kW，空载输出直流电压640V（谐振原因），额定输出直流电压500VDC。
如图2所示，所述三相输出端分别为第一相滤波输出端A、第二相滤波输出端B和第三相滤波输出端C。
滤波电路1包括：与三相交流电的第一相电ua相连的第一滤波电感L1和输入端与所述第一滤波电感L1的输出端相连的第一滤波电容C1，所述第一滤波电感L1和第一滤波电容C1相连之后形成第一相滤波输出端A。
与三相交流电的第二相电ub相连的第二滤波电感L2和输入端与所述第二滤波电感L2的输出端相连的第二滤波电容C2，所述第二滤波电感L2和第二滤波电容C2相连之后形成第二相滤波输出端B。
与三相交流电的第三相电uc相连的第三滤波电感L3和输入端与所述第三滤波电感L3的输出端相连的第三滤波电容C3，所述第三滤波电感L3和第三滤波电容C3相连之后形成第三相滤波输出端C。
第一滤波电容C1的输出端、所述第二滤波电容C2的输出端和所述第三滤波电容C3的输出端连接形成一共端点。
变压器2包括：与滤波电路1的三相输出端相连的初级绕组21、与初级绕组21相连、相位超前初级绕组21的第一次级绕组和与所述初级绕组21相连、相位滞后初级绕组21的第二次级绕组。
初级绕组21的三个输入端分别与所述滤波电路1的三相输出端（即第一相滤波输出端A、第二相滤波输出端B和第三相滤波输出端C）相连。
在本实施例中，第一次级绕组22相对初级绕组21相位超前30°；第二次级绕组23相对初级绕组21相位滞后30°。
自然整流电路3为主要整流器，负责传递主要功率，自然整流电路3与滤波电路1的三相输出端相连、用于产生位置居中的第一双窄电流波。在本实施例中，自然整流电路3包括与所述滤波电路1的三相输出端（即第一相滤波输出端A、第二相滤波输出端B和第三相滤波输出端C）相连、并形成一直流输出正极端DCP和直流输出负极端DCN的第一二极管整流桥。
具体地，所述第一二极管整流桥包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6。
第一二极管D1的阳极和第四二极管D4的阴极相连，第二二极管D2的阳极和第五二极管D5的阴极相连，第三二极管D3的阳极和第六二极管D6的阴极相连；第一相滤波输出端A、第二相滤波输出端B和第三相滤波输出端C分别连接在第一二极管D1和第四二极管D4之间、第二二极管D2和第五二极管D5之间和第三二极管D3和第六二极管D6之间；第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阴极和第三二极管D3的阴极相连形成一直流输出正极端DCP，第四二极管D4的阳极、第五二极管D5的阳极和第六二极管D6的阳极相连形成一直流输出负极端DCN。
自然整流电路3还包括两端分别与第一二极管整流桥的直流输出正极端DCP和直流输出负极端DCN相连的电解电容E1和稳定电阻R1。
超前整流电路4为次要整流器，负责传递次要功率。超前整流电路4与变压器2中的第一次级绕组22相连、用于产生位置超前的第二双窄电流波。所述超前整流电路4包括与第一次级绕组22相连、并形成两个输出端的第二二极管整流桥。第一次级绕组22的三个交流输出端与第二二极管整流桥的三个输入端相连，同时第二二极管整流桥的两个输出端分别对应与第一二极管整流桥中的直流输出正极端DCP和直流输出负极端DCN相连。
具体地，第二二极管整流桥包括第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10、第十一二极管D11和第十二二极管D12；第七二极管D7的阳极和第十二极管D12的阴极相连，第八二极管D8的阳极和第十一二极管D11的阴极相连，第三二极管D3的阳极和第六二极管D6的阴极相连。第一次级绕组22的三个输出端分别连接在第七二极管D7和第十二极管D10之间、第八二极管D8和第十一二极管D11之间和第九二极管D9和第十二二极管之间D12；第七二极管D7阴极、第八二极管D8阴极和第九二极管D9的阴极相连并与第一二极管整流桥的直流输出正极端相连；第十二极管D10的阳极、第十一二极管D11的阳极和第十二二极管D12的阳极相连并与第一二极管整流桥的直流输出负极端相连。
滞后整流电路5为次要整流器，负责传递次要功率。滞后整流电路5与所述变压器2中的第一次级绕组22相连、用于产生相对于第一双窄电流波相位滞后的第三双窄电流波，第三双窄电流波的幅值低于所述自然整流电路3产生的第一双窄电流的幅值。
所述滞后整流电路5包括与第二次级绕组23相连、并形成两个输出端的第三二极管整流桥。第三二极管整流桥的两个输出端分别对应与第一二极管整流桥中的直流输出正极端和直流输出负极端相连。
所述第三二极管整流桥包括第十三二极管D12、第十四二极管D14、第十五二极管D15、第十六二极管D16、第十七二极管D17和第十八二极管D18；第十三二极管D13的阳极和第十六二极管D16的阴极相连，第十四二极管D14的阳极和第十七二极管D17的阴极相连，第十五二极管D15的阳极和第十八二极管D18的阴极相连。
第二次级绕组23的三个输出端分别连接在第十三二极管D13和第十六二极管D16之间、第十四二极管D14和第十七二极管D17之间和第十五二极管D15和第十八二极管D18之间；第十三二极管D13阴极、第十四二极管D14阴极和第十五二极管D15的阴极相连并与第一二极管整流桥的直流输出正极端相连；第十六极管D16的阳极、第十七二极管D17的阳极和第十八二极管D18的阳极相连并与第一二极管整流桥的直流输出负极端相连。
所述自然整流电路3的输出端、超前整流电路4的输出端和滞后整流电路5的输出端相连并形成一直流输出正极端DCP和一直流输出负极端DCN。三组双窄电流波在第一相滤波输出端A、第二相滤波输出端B和第三相滤波输出端C处进行合成，经过滤波电路1滤波后即可得到正弦度较高的电流波形，达到功率因数校正目的。
综上所述，本实用新型的一种三相十八脉冲整流电路，具有以下有益效果：
1、本实用新型的通过移相整流原理，产生错时整流和可调整流强度，改善滤波电路后级电流波形，经过滤波电路作用后，在网侧得到近似单位功率因数，实现谐波电流抑制和改善网侧功率因数的目的，同时可以实现十八脉冲整流，改善直流输出电压波形，达到功率因数校正目的。
2、本实用新型电路结构简单，控制简便，可广泛地应用在几乎所有的前级电路为三相整流器的电力电子变换器中，结构简单，设计容易，网侧功率因数高，直流电压平稳。
所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种三相十八脉冲整流电路，其特征在于，包括：
与三相交流电相连并形成三相输出端的滤波电路；
变压器，包括：与所述滤波电路的三相输出端相连的初级绕组、与所述初级绕组相连、相位超前所述初级绕组的第一次级绕组和与所述初级绕组相连、相位滞后所述初级绕组的第二次级绕组；
与所述滤波电路的三相输出端相连、用于产生第一双窄电流波的自然整流电路；
与所述变压器中的第一次级绕组相连、用于产生相对于第一双窄电流波而相位超前的第二双窄电流波的超前整流电路；
与所述变压器中的第一次级绕组相连、用于产生相对于第一双窄电流波而相位滞后的第三双窄电流波的滞后整流电路；
所述自然整流电路的输出端、所述超前整流电路的输出端和所述滞后整流电路的输出端相连并形成一直流输出正极端和一直流输出负极端。
2.根据权利要求1所述的三相十八脉冲整流电路，其特征在于，所述滤波电路包括：
与三相交流电的第一相电相连的第一滤波电感和输入端与所述第一滤波电感的输出端相连的第一滤波电容，所述第一滤波电感和第一滤波电容相连之后形成第一相滤波输出端；
与三相交流电的第二相电相连的第二滤波电感和输入端与所述第二滤波电感的输出端相连的第二滤波电容，所述第二滤波电感和第二滤波电容相连之后形成第二相滤波输出端；
与三相交流电的第三相电相连的第三滤波电感和输入端与所述第三滤波电感的输出端相连的第三滤波电容，所述第三滤波电感和第三滤波电容相连之后形成第三相滤波输出端；
所述第一滤波电容的输出端、所述第二滤波电容的输出端和所述第三滤波电容的输出端连接形成一共端点。
3.根据权利要求1所述的三相十八脉冲整流电路，其特征在于，所述自然整流电路包括与所述滤波电路的三相输出端相连、并形成一直流输出正极端和直流输出负极端的第一二极管整流桥。
4.根据权利要求3所述的三相十八脉冲整流电路，其特征在于，所述第一二极管整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管；
第一二极管的阳极和第四二极管的阴极相连，第二二极管的阳极和第五二极管的阴极相连，第三二极管的阳极和第六二极管的阴极相连；
所述第一相滤波输出端、所述第二相滤波输出端和所述第三相滤波输出端粉笔而连接在第一二极管和第四二极管之间、第二二极管和第五二极管之间和第三二极管和第六二极管之间；
第一二极管的阴极、第二二极管的阴极和第三二极管的阴极相连形成一直流输出正极端，第四二极管的阳极、第五二极管的阳极和第六二极管的阳极相连形成一直流输出负极端。
5.根据权利要求3或4所述的三相十八脉冲整流电路，其特征在于，所述自然整流电路还包括两端分别与第一二极管整流桥的直流输出正极端和直流输出负极端相连的电解电容和稳定电阻。
6.根据权利要求3所述的三相十八脉冲整流电路，其特征在于，所述超前整流电路包括与第一次级绕组相连、并形成两个输出端的第二二极管整流桥；第二二极管整流桥的两个输出端分别对应与第一二极管整流桥中的直流输出正极端和直流输出负极端相连。
7.根据权利要求6所述的三相十八脉冲整流电路，其特征在于，所述第二二极管整流桥包括第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管和第十二二极管；
第七二极管的阳极和第十二极管的阴极相连，第八二极管的阳极和第十一二极管的阴极相连，第三二极管的阳极和第六二极管的阴极相连；
第一次级绕组的三个输出端分别连接在第七二极管和第十二极管之间、第八二极管和第十一二极管之间和第九二极管和第十二二极管之间；
第七二极管阴极、第八二极管阴极和第九二极管的阴极相连并与第一二极管整流桥的直流输出正极端相连；
第十二极管的阳极、第十一二极管的阳极和第十二二极管的阳极相连并与第一二极管整流桥的直流输出负极端相连。
8.根据权利要求5所述的三相十八脉冲整流电路，其特征在于，所述滞后整流电路包括与第二次级绕组相连、并形成两个输出端的第三二极管整流桥；第三二极管整流桥的两个输出端分别对应与第一二极管整流桥中的直流输出正极端和直流输出负极端相连。
9.根据权利要求8所述的三相十八脉冲整流电路，其特征在于，所述第三二极管整流桥包括第十三二极管、第十四二极管、第十五二极管、第十六二极管、第十七二极管和第十八二极管；
第十三二极管的阳极和第十六二极管的阴极相连，第十四二极管的阳极和第十七二极管的阴极相连，第十五二极管的阳极和第十八二极管的阴极相连；
第二次级绕组的三个输出端分别连接在第十三二极管和第十六二极管之间、第十四二极管和第十七二极管之间和第十五二极管和第十八二极管之间；
第十三二极管阴极、第十四二极管阴极和第十五二极管的阴极相连并与第一二极管整流桥的直流输出正极端相连；
第十六极管的阳极、第十七二极管的阳极和第十八二极管的阳极相连并与第一二极管整流桥的直流输出负极端相连。
10.根据权利要求1所述的三相十八脉冲整流电路，其特征在于，第一次级绕组相对初级绕组相位超前30°；第二次级绕组相对初级绕组相位滞后30°。
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