CN210807095U - 一种单相整流软上电的三相整流上电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单相整流软上电的三相整流上电电路，包括：三相二极管整流桥、单相二极管整流桥、电解电容、上电电阻、继电器、分立二极管、三极管及空气断路器；电解电容并联于三相二极管整流桥的两端；上电电阻连接于电解电容正极与单相二极管整流桥之间，三相二极管整流桥地通过继电器次级与单相二极管整流桥共地；继电器次级一端与电解电容负极相连，其另一端与三相二极管整流桥的输出直流负极相连；分立二极管并联于继电器初级的两端；三极管的集电极与分立二极管的阳极相连，基极与控制器信号相连；空气断路器的输入与电源相连，输出分别与两个整流桥相连。通过本实用新型，实现了上电过程中上电电阻总损耗最小，且与阻值大小无关。

Description

一种单相整流软上电的三相整流上电电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子变换技术领域，特别涉及一种单相整流软上电的三相整流上电电路。

背景技术

三相二极管整流电路或含有三相二极管整流电路的电力电子变换电路，广泛地应用在工业变频器、有源电力滤波器、可控整流器等应用领域，成为必备电路。三相二极管整流电路结构采用电解电容，经过滤波得到直流电压，为后级电力电子变频器提供直流电源。

三相二极管整流电路需要采用软上电(预充电)措施，形成RC充电电路，使得上电过程缓慢，电解电容电压可控，网侧冲击电流幅值符合安全标准，否则快速上升的电解电容电压足以击穿电路中含有的功率开关，快速突变的冲击电流将烧毁功率开关和熔断器，造成线路电路器误动作以及严重的EMI干扰。

三相二极管整流电路的常用上电限流措施：(1)直流正极串联限流功率电阻或PTC热敏电阻；(2)三相交流线路三相各串联一只限流功率电阻；(3)三相交流线路其中两相各串联一只限流功率电阻。其中，第三种措施为常用措施，上电时限流功率电阻起到限流作用，上电结束后时利用继电器切除上电时限流功率电阻，整流电路进入正常工作状态。

关于单相或三相二极管整流电路或含有二极管整流电路的电力电子变换电路的软上电问题，已经引起广泛的关注，提出了多种软上电电路，可以实现有级软上电，电解电容电压上升缓慢和网侧电流峰值得到抑制。

经过对现有技术的检索发现，张相军等在2011年6月的“电机与控制学报”文章中，在总结了两种传统的软启动电路后，提出了“一种启动冲击电流抑制电路”，即三级冲击电流抑制电路，该电路可有效抑制启动时的一次冲击电流和二次冲击电流。实用新型专利“电力变换装置”(P2001—238459A)公开了一种改变单纯二极管整流桥为高端、低端或全桥为晶闸管的整流桥，并使得晶闸管并联合适的电阻和二极管支路，为此可以实现软上电功能，上电结束后晶闸管导通，触发角为零，起到二极管作用。

现有软上电方案均存在一个问题，尤其对于三相三相二极管整流电路，没有考虑所有上电电阻在上电过程中的总损耗，因而也没有制定相应的上电电路和上电方案。由于电路的严重非线性问题，上电过程中上电电阻的总损耗的计算非常困难，因而也就没有上电过程中上电电阻总损耗最小的软上电方案。

经过细致反复的计算机辅助分析，发现在滤波或储能电解电容充电充满过程中，不同的技术方案中上电电阻总损耗不一样，因此可以充分利用该发现，设计合理的上电方案，以便降低上电损耗，实现节能减排目的。

综合以上，对软上电的整流电路现有电路结构的检索发现，目前阶段仍然没有采用单相二极管整流电路为三相二极管整流电路进行软上电的应用实例，而且也缺乏相关的科技论文。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术中存在的问题，提出一种单相整流软上电的三相整流上电电路，电路结构简单，控制方便，上电电阻总损耗最小，且与阻值大小无关。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过如下技术方案实现的：

本实用新型提供一种单相整流软上电的三相整流上电电路，其包括：三相二极管整流桥、单相二极管整流桥、电解电容、上电电阻、继电器、分立二极管、三极管以及空气断路器；其中，

所述电解电容的正极与所述三相二极管整流桥的输出直流正极相连；所述电解电容的负极与所述单相二极管整流桥的输出直流负极相连，还通过所述继电器的次级与所述三相二极管整流桥的输出直流负极相连；

所述上电电阻连接于所述电解电容的正极与所述单相二极管整流桥的输出直流正极之间；

所述继电器的次级的一端与所述电解电容的负极相连，另一端与所述三相二极管整流桥的输出直流负极相连；

所述继电器的初级的一端与所述分立二极管的阴极以及电源相连，所述继电器的初级的另一端与所述分立二极管的阳极相连；

所述三极管的集电极与所述分立二极管的阳极相连，所述三极管的基极与控制器信号相连，所述三级管的发射极接地；

所述空气断路器的三相输入端分别与三相电源相连，所述空气断路器的三相输出端分别与所述三相二极管整流桥的三相输入端相连，所述空气断路器的其中两相输出端分别与所述单相二极管整流桥的两相输入端相连。

上述单相整流软上电的三相整流上电电路的工作原理为：当合上空气断路器后，仅仅单相二极管整流桥工作，电解电容开始充电，只有a相和b相形成的单相电压u_ab为电解电容充电，经过一段时间后，电解电容升至单相电压u_ab的幅值，即电网线电压幅值，继电器动作，吸合触头，短接第一只上电电阻和接通三相二极管整流桥的输出直流负极，由此实现三相二极管整流桥的单相软上电全过程，此后三相二极管整流桥进入到完全自然整流状态，单相二极管整流桥和上电电阻失去作用且无需切除。

不同技术方案中，上电电阻总损耗为：(1)直流电源供电时，上电电阻总损耗相对电解电容储能的比例最高，为100％；(2)三相交流二极管整流电路中，上电电阻置于直流正极，上电电阻总损耗相对电解电容储能的比例很高，大约为92.6％；(3)三相交流二极管整流电路中，三只上电电阻分别置于三相交流线路，上电电阻总损耗相对电解电容储能的比例较高，大约为89.3％；(4)三相交流二极管整流电路中，两只上电电阻分别置于任意两相交流线路，上电电阻总损耗相对电解电容储能的比例较低，大约为84.1％；(5)单相交流二极管整流电路中，不论上电电阻处于交流侧还是直流侧，上电电阻总损耗相对电解电容储能的比例最低，大约为78.7％。以上比例均是在网压过零或相电压ua过零时开始上电过程的，所得结果与阻值无关。因此可以选择单相二极管整流电路为三相二极管整流电路进行软上电，实现上电节能降耗。

较佳地，还包括：基极限流电阻，所述基极限流电阻连接于所述三极管的基极与所述控制器信号之间。

较佳地，所述控制器信号在上电结束后为高电平，在上电结束前以及待机时为低电平。

较佳地，所述三相二极管整流桥包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管以及第六二极管；其中，

所述第一二极管的阴极、第三二极管的阴极以及第五二极管的阴极连接在一起，形成所述三相二极管整流桥的输出直流正极；

所述第二二极管的阳极、第四二极管的阳极以及第六二极管的阳极连接在一起，形成所述三相二极管整流桥的输出直流负极；

所述第一二极管的阳极与所述第四二极管的阴极相连，所述第三二极管的阳极与所述第六二极管的阴极相连，所述第五二极管的阳极与所述第二二极管的阴极相连。

较佳地，所述单相二极管整流桥包括：第七二极管、第八二极管、第九二极管以及第十二极管；其中，

所述第七二极管的阴极与所述第九二极管的阴极连接在一起，形成所述单相二极管整流桥的输出直流正极；

所述第八二极管的阳极与所述第十二极管的阳极连接在一起，形成所述单相二极管整流桥的输出直流负极；

所述第七二极管的阳极与所述第八二极管的阴极相连，所述第九二极管的阳极与所述第十二极管的阴极相连。

相较于现有技术，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型提供的单相整流软上电的三相整流上电电路，三相二极管整流电路的上电过程实为单相二极管整流电路的上电过程，上电过程中上电电阻总损耗最小，且与阻值大小无关；

(2)本实用新型提供的单相整流软上电的三相整流上电电路，只需一只上电电阻R1、一只上电用继电器RL1与外围电路(D11、TR1)、一只单相整流桥(D7～D10)，电路结构简单，控制方便。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明：

图1为本实用新型的一实施例的单相整流软上电的三相整流上电电路的电路原理图。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示为本实用新型的一实施例的单相整流软上电的三相整流上电电路的原理图。

请参考图1，该电路包括：三相二极管整流桥、单相二极管整流桥、电解电容C1、上电电阻R1、分立二极管D11、继电器RL1、三极管TR1以及空气断路器SW1。其中，电解电容C1的正极分别与单相二极管整流桥的输出直流正极以及三相二极管整流桥的输出直流正极相连，电解电容C1的正极与三相二极管整流桥的输出直流正极相连；电解电容C1的负极与单相二极管整流桥的输出直流负极相连，还通过继电器RL1的次级与三相二极管整流桥的输出直流负极相连。上电电阻R1连接于电解电容C1的正极与单相二极管整流桥的输出直流正极之间；继电器RL1的次级的一端与电解电容C1的负极相连，另一端与三相二极管整流桥的输出直流负极相连。继电器RL1的初级的一端与分立二极管D11的阴极以及+12v电源相连，继电器RL1的初级的另一端与分立二极管D11的阳极相连。三极管TR1的集电极与分立二极管D11的阳极相连，三极管TR1的基极与控制器信号Dr相连，三级管TR1的发射极接地；控制器信号Dr当上电结束后为高电平，上电结束前以及待机时为低电平。空气断路器SW1的三相输入端a、b、c相分别与三相电源u_a、u_b、u_c相连，空气断路器SW1的三相a、b、c相输出端分别与三相二极管整流桥的三相输入端相连，空气断路器SW1的其中两相a、b相输出端分别与单相二极管整流桥的两相输入端相连。

本实施例中，还包括：基极限流电阻R2，其连接于三极管TR1的基极与控制器信号Dr之间。

本实施例中，三相二极管整流桥包括：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以及第六二极管D6。其中，第一二极管D1的阴极、第三二极管D3的阴极以及第五二极管D5的阴极连接在一起，形成三相二极管整流桥的输出直流正极。第二二极管D2的阳极、第四二极管D4的阳极以及第六二极管D6的阳极连接在一起，形成三相二极管整流桥的输出直流负极。第一二极管D1的阳极与第四二极管D4的阴极相连，连接a相输入；第三二极管D3的阳极与第六二极管D6的阴极相连，连接b相输入；第五二极管D5的阳极与第二二极管D2的阴极相连，连接c相输入。

本实施例中，单相二极管整流桥包括：第七二极管D7、第八二极管D8、第九二极管D9以及第十二极管D10。其中，第七二极管D7的阴极与第九二极管D9的阴极连接在一起，形成单相二极管整流桥的输出直流正极。第八二极管D8的阳极与第十二极管D10的阳极连接在一起，形成单相二极管整流桥的输出直流负极。第七二极管D7的阳极与第八二极管D8的阴极相连，连接a相输入；第九二极管D9的阳极与第十二极管D10的阴极相连，连接b相输入。

一实施例中，上述各元器件的选型为：

三相电源：三相交流电源380V±15％；

三相二极管整流电路传递功率：根据需要，几kW～几百kW；

第一二极管-第六二极管(D1—D6)：1200V，电流等级依据传递功率大小，构成三相二极管整流桥；

第七二极管-第十二极管(D7—D10)：1200V，电流等级依据上电电阻R1大小，构成单相二极管整流桥；

分立二极管(D11)：75V，200mA；

电解电容(C1)：450V耐压，采用先并后串结构，容值依据传递功率大小；

继电器(RL1)：+12V供电，电流等级依据传递功率大小，上电过程后用于短接三相二极管整流电路的共阳极和直流输出负极；

上电电阻(R1)：49Ω～100Ω，功率等级几十瓦以上，依据三相二极管整流电路传递功率大小，上电过程中用于限流；

三极管(TR1)：NPN类型，耐流量2A；

基极限流电阻(R2)：2kΩ，用于三极管门极限流；

控制器信号(Dr)：上电结束后为高电平，上电结束前和待机时为低电平；

空气断路器(SW1)：380V±15％，电流等级依据传递功率大小。

上述实施例的单相整流软上电的三相整流上电电路的工作原理为：当合上空气断路器SW1后，仅仅单相二极管整流桥(D7～D10)工作，电解电容C1开始充电，只有a相和b相形成的单相电压u_ab为电解电容C1充电，经过一段时间后，电解电容C1升至单相电压u_ab的幅值，即电网线电压幅值，继电器RL1动作，吸合触头，短接第一只上电电阻R1和接通三相二极管整流桥(D1～D6)的输出直流负极，由此实现三相二极管整流桥的单相软上电全过程，此后三相二极管整流桥进入到完全自然整流状态，单相二极管整流桥(D7～D10)和上电电阻R1失去作用且无需切除。

此处公开的仅为本实用新型的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，并不是对本实用新型的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本实用新型所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种单相整流软上电的三相整流上电电路，其特征在于，包括：三相二极管整流桥、单相二极管整流桥、电解电容、上电电阻、继电器、分立二极管、三极管以及空气断路器；其中，

所述电解电容的正极与所述三相二极管整流桥的输出直流正极相连；所述电解电容的负极与所述单相二极管整流桥的输出直流负极相连，还通过所述继电器的次级与所述三相二极管整流桥的输出直流负极相连；

所述上电电阻连接于所述电解电容的正极与所述单相二极管整流桥的输出直流正极之间；

所述继电器的次级的一端与所述电解电容的负极相连，另一端与所述三相二极管整流桥的输出直流负极相连；

所述继电器的初级的一端与所述分立二极管的阴极以及电源相连，所述继电器的初级的另一端与所述分立二极管的阳极相连；

所述三极管的集电极与所述分立二极管的阳极相连，所述三极管的基极与控制器信号相连，所述三极管的发射极接地；

所述空气断路器的三相输入端分别与三相电源相连，所述空气断路器的三相输出端分别与所述三相二极管整流桥的三相输入端相连，所述空气断路器的其中两相输出端分别与所述单相二极管整流桥的两相输入端相连。

2.根据权利要求1所述的单相整流软上电的三相整流上电电路，其特征在于，还包括：基极限流电阻，所述基极限流电阻连接于所述三极管的基极与所述控制器信号之间。

3.根据权利要求1所述的单相整流软上电的三相整流上电电路，其特征在于，所述控制器信号在上电结束后为高电平，在上电结束前以及待机时为低电平。

4.根据权利要求2所述的单相整流软上电的三相整流上电电路，其特征在于，所述控制器信号在上电结束后为高电平，在上电结束前以及待机时为低电平。

5.根据权利要求1至4任一项所述的单相整流软上电的三相整流上电电路，其特征在于，所述三相二极管整流桥包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管以及第六二极管；其中，

所述第一二极管的阴极、第三二极管的阴极以及第五二极管的阴极连接在一起，形成所述三相二极管整流桥的输出直流正极；

所述第二二极管的阳极、第四二极管的阳极以及第六二极管的阳极连接在一起，形成所述三相二极管整流桥的输出直流负极；

所述第一二极管的阳极与所述第四二极管的阴极相连，所述第三二极管的阳极与所述第六二极管的阴极相连，所述第五二极管的阳极与所述第二二极管的阴极相连。

6.根据权利要求5所述的单相整流软上电的三相整流上电电路，其特征在于，所述单相二极管整流桥包括：第七二极管、第八二极管、第九二极管以及第十二极管；其中，

所述第七二极管的阴极与所述第九二极管的阴极连接在一起，形成所述单相二极管整流桥的输出直流正极；

所述第八二极管的阳极与所述第十二极管的阳极连接在一起，形成所述单相二极管整流桥的输出直流负极；

所述第七二极管的阳极与所述第八二极管的阴极相连，所述第九二极管的阳极与所述第十二极管的阴极相连。

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