CN210867497U - 一种三相整流电路网测单电阻软上电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相整流电路网测单电阻软上电电路，包括：三相二极管整流桥、电解电容、空气断路器、上电电阻、第一、二继电器、第一、二分立二极管及第一、三极管；电解电容正极与三相二极管整流桥输出直流正极相连，负极与三相二极管整流桥输出直流负极相连；空气断路器的三相输入分别与三相电源相连，三相输出分别与三相二极管整流桥的三相输入相连；第一继电器次级并联于上电电阻的两端；初级并联于第一分立二极管的两端；第二继电器初级并联于第二分立二极管的两端；第一、二三极管的集电极分别与第一、二分立二极管的阳极相连，基极与控制器信号相连，发射极接地。通过本实用新型，实现了软上电，节能上电，且结构简单，控制容易。

Description

一种三相整流电路网测单电阻软上电电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子变换技术领域，特别涉及一种三相整流电路网测单电阻软上电电路。

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、熔断器、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，涉及合理的上电方案，以便降低上电损耗，实现节能减排目的。

具体地，(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。

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，提出一种三相整流电路网测单电阻软上电电路，不仅为软上电，且上电过程中上电电阻总损耗最小，且与阻值大小无关，实现了三相整流单路的节能上电。

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三相整流电路网测单电阻软上电电路，其包括：三相二极管整流桥、电解电容、空气断路器、上电电阻、第一继电器、第二继电器、第一分立二极管、第二分立二极管、第一三极管以及第二三极管；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三相二极管整流桥的输出直流负极相连；

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a相输出通过所述上电电阻与所述三相二极管整流桥的a相输入相连；所述空气断路器的b相输出通过第二继电器的次级与所述三相二极管整流桥的b相输入相连；所述空气断路器的c相输出与所述三相二极管整流桥的c相输入相连；

所述第一继电器的次级并联于所述上电电阻的两端；所述第一继电器的初级的一端与第一分立二极管的阴极以及电源相连，所述第一继电器的初级的另一端与所述第一分立二极管的阳极相连；

所述第二继电器的初级的一端与第二分立二极管的阴极以及电源相连，所述第二继电器的初级的另一端与所述第二分立二极管的阳极相连；

所述第一三极管的集电极与所述第一分立二极管的阳极相连，所述第一三级管的基极与控制器信号相连，所述第一三极管的发射极接地；

所述第二三极管的集电极与所述第二分立二极管的阳极相连，所述第二三极管的基极与控制器信号相连，所述第二三极管的发射极接地。

上述的三相整流电路网测单电阻软上电电路的工作原理为：当三相空气断路器闭合后，只有a、c相形成线电压(等效为相电压)通过三相二极管整流桥为电解电容充电。经过一个时间后，电解电容充电电压达到最大，达到电源线电压(等效为相电压)幅值。这时控制器发出高电平信号Dr，使得继电器RL1与RL2同时(允许有时间差)吸合触头，完全接通三相交流电源。结果是，三相整流电路上电成为单相整流电路上电，不仅为软上电，而且上电电阻总损耗达到最小，实现三相整流电路的节能上电。

较佳地，还包括：第一基极限流电阻以及第二基极限流电阻；其中，

所述第一基极限流电阻连接于所述第一三极管的基极与所述控制器信号之间；

所述第二基极限流电阻连接于所述第二三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连接在一起，形成所述三相二极管整流桥的a相输入；

所述第三二极管的阳极与所述第六二极管的阴极连接在一起，形成所述三相二极管整流桥的b相输入；

所述第五二极管的阳极与所述第二二极管的阴极连接在一起，形成所述三相二极管整流桥的c相输入。

相较于现有技术，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型提供的三相整流电路网测单电阻软上电电路，三相二极管整流桥的上电过程实为单相二极管整流桥的上电过程，不仅为软上电，且上电过程中上电电阻总损耗最小，且与阻值大小无关，实现了三相整流单路的节能上电；

(2)本实用新型提供的三相整流电路网测单电阻软上电电路，只需交流线路上使用单只上电电阻，同时具有电路结构简单、控制容易等优点。

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三相整流电路网测单电阻软上电电路的原理图。

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三相整流电路网测单电阻软上电电路的原理图。

请参考图1，该电路包括：三相二极管整流桥、电解电容C1、空气断路器SW1、上电电阻R1、第一继电器RL1、第二继电器RL2、第一分立二极管D7、第二分立二极管D8、第一三极管TR1以及第二三极管TR2。其中，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C2的负极与三相二极管整流桥的输出直流负极相连。空气断路器SW1的三相输入端分别与三相电源u_a、u_b、u_c相连。空气断路器SW1的a相输出通过上电电阻R1与三相二极管整流桥的a相输入相连；空气断路器SW1的b相输出通过第二继电器RL2的次级与三相二极管整流桥的b相输入相连；空气断路器SW1的c相输出与三相二极管整流桥的c相输入相连。第一继电器RL1的次级并联于上电电阻R1的两端；第一继电器RL1的初级的一端与第一分立二极管D7的阴极以及+12V电源相连，第一继电器RL1 的初级的另一端与第一分立二极管D7的阳极相连。第二继电器RL2的初级的一端与第二分立二极管D8的阴极以及-12V电源相连，第二继电器RL2的初级的另一端与第二分立二极管D8的阳极相连。第一三极管TR1的集电极与第一分立二极管D7的阳极相连，第一三级管TR1的基极与控制器信号Dr相连，第一三极管TR1的发射极接地。第二三极管TR2 的集电极与第二分立二极管D8的阳极相连，第二三级管TR2的基极与控制器信号Dr相连，第二三极管TR2的发射极接地。

本实施例中，还包括：第一基极限流电阻R2以及第二基极限流电阻R3，用于三极管基极限流。其中，第一基极限流电阻R2连接于第一三极管TR1的基极与控制器信号Dr之间；第二基极限流电阻R3连接于第二三极管TR2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的阴极连接在一起，形成三相二极管整流桥的a相输入；第三二极管D3的阳极与第六二极管D6的阴极连接在一起，形成三相二极管整流桥的b相输入；第五二极管D5的阳极与第二二极管D2的阴极连接在一起，形成三相二极管整流桥的c相输入。

一实施例中，上述各元器件的选型为：

电源：三相交流电源380V±15％；

三相二极管整流电路传递功率：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电路；

第一分立二极管-第二分立二极管D7—D8：75V，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；

第一继电器与第二继电器RL1与RL2：+12V供电，电流等级依据传递功率大小，上电过程后用于短接限流电阻和连接b相；

上电电阻R1：49Ω～100Ω，功率等级几十瓦以上，依据传递功率大小，上电过程中用于限流；

第一三极管与第二三极管TR1与TR2：NPN类型，耐流量2A；

第一基极限流电阻与第二基极限流电阻R2与R3：2kΩ，用于三极管基极限流；

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。

上述实施例的三相整流电路网测单电阻软上电电路的工作原理为：当三相空气断路器 SW1闭合后，只有a、c相形成线电压(等效为相电压)通过整流桥D1～D6为电解电容C1充电。经过一个时间后，C1充电电压达到最大，达到电源线电压(等效为相电压)幅值。这时控制器发出高电平信号Dr，使得继电器RL1与RL2同时(允许有时间差)吸合触头，完全接通三相交流电源。结果是，三相整流电路上电成为单相整流电路上电，不仅为软上电，而且上电电阻总损耗达到最小，实现三相整流电路的节能上电。

本实用新型提供的三相整流电路网测单电阻软上电电路可以应用于采用三相AC-DC变换器作为前级电路的应用领域，能够同时实现自动软上电和节能上电，具有电路结构简单、使用器件数量少和成本降低的优点。

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 (5)

1.一种三相整流电路网测单电阻软上电电路，其特征在于，包括：三相二极管整流桥、电解电容、空气断路器、上电电阻、第一继电器、第二继电器、第一分立二极管、第二分立二极管、第一三极管以及第二三极管；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三相二极管整流桥的输出直流负极相连；

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a相输出通过所述上电电阻与所述三相二极管整流桥的a相输入相连；所述空气断路器的b相输出通过第二继电器的次级与所述三相二极管整流桥的b相输入相连；所述空气断路器的c相输出与所述三相二极管整流桥的c相输入相连；

所述第一继电器的次级并联于所述上电电阻的两端；所述第一继电器的初级的一端与第一分立二极管的阴极以及电源相连，所述第一继电器的初级的另一端与所述第一分立二极管的阳极相连；

所述第二继电器的初级的一端与第二分立二极管的阴极以及电源相连，所述第二继电器的初级的另一端与所述第二分立二极管的阳极相连；

所述第一三极管的集电极与所述第一分立二极管的阳极相连，所述第一三极管的基极与控制器信号相连，所述第一三极管的发射极接地；

所述第二三极管的集电极与所述第二分立二极管的阳极相连，所述第二三极管的基极与控制器信号相连，所述第二三极管的发射极接地。

2.根据权利要求1所述的三相整流电路网测单电阻软上电电路，其特征在于，还包括：第一基极限流电阻以及第二基极限流电阻；其中，

所述第一基极限流电阻连接于所述第一三极管的基极与所述控制器信号之间；

所述第二基极限流电阻连接于所述第二三极管的基极与所述控制器信号之间。

3.根据权利要求1所述的三相整流电路网测单电阻软上电电路，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所述的三相整流电路网测单电阻软上电电路，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任一项所述的三相整流电路网测单电阻软上电电路，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连接在一起，形成所述三相二极管整流桥的a相输入；

所述第三二极管的阳极与所述第六二极管的阴极连接在一起，形成所述三相二极管整流桥的b相输入；

所述第五二极管的阳极与所述第二二极管的阴极连接在一起，形成所述三相二极管整流桥的c相输入。

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