CN211151817U - 一种三相整流上电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种三相整流上电电路，包括三只单相二极管整流桥、两只分立二极管、一只电解电容、两只继电器、两只三极管、两只电阻以及一只空气断路器。当合上空气断路器后，仅仅第一单相二极管整流桥、第二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，继电器动作，吸合触头，短接第一只上电电阻，并第将三单相二极管整流桥正极接通到电解电容正极，由此通过采用一只上电电阻和两只继电器简单实现三相整流电路的单相软上电全过程。

Description

一种三相整流上电电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子变换技术领域的一种三相二极管整流电路，具体地，涉及一种三相整流上电电路。

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，引起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。

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。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种三相整流上电电路，通过采用一只上电电阻和两只继电器简单实现三相整流电路的单相软上电全过程。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种三相整流上电电路，包括分别由二极管D1-D4、D5-D8、D9-D12的三只单相二极管整流桥，两只分立二极管D13、D14，一只电解电容C1、两只继电器RL1、RL2，两只三极管TR1、TR2，上电电阻R1、两只电阻R2、R3，以及一只空气断路器SW1；

其中：第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阴极、第五二极管阴极D5与第七二极管D7的阴极连接一起后，与所述上电电阻R1的一端和第一继电器RL1的次级一端相连；

第九二极管D9的阴极与第十一二极管阴极D11相连后，与第二继电器RL2的次级一端相连；

第二二极管D2的阳极与第四二极管D4的阳极、第六二极管D6的阴极与第八二极管D8的阳极连接一起后，与第一电解电容C1负极相连，并与第十二极管D10的阳极和第十二二极管D12的阳极相连，形成输出负极；

第一二极管D1的阳极与第三二极管D3的阳极相连后，与第二二极管D2的阴极与第四二极管D4的阴极相连，并连接第一空气断路器SW1的a相输出；

第五二极管D5的阳极与第六二极管D6的阳极相连后，与第七二极管D7的阴极与第八二极管D8的阴极相连，并连接所述第一空气断路器SW1的b相输出；

第九二极管D9的阳极与第十一二极管D11的阳极相连后，与所述第十二极管D10的阴极和所述第十二二极管D12的阴极相连，并连接所述第一空气断路器SW1的c相输出；

所述上电电阻R1的另一端与第一电解电容C1正极相连，形成输出直流电压正极，并与第一继电器RL1的次级另一端相连，并与所述第二继电器RL2的次级另一端相连；

第十三二极管D13的阴极与第一继电器RL1的初级一端和电源相连，所述第十三二极管D13的阳极与所述第一继电器RL1初级另一端相连，接着与第一三极管TR1的集电极相连，所述第一三极管TR1的发射极接地，所述第一三极管TR1的基极与第二电阻R2 的一端相连，所述第二电阻R2的另一端连接控制器输出信号Dr；

第十四二极管D14的阴极与所述第二继电器RL2的初级一端和电源相连，第十四二极管D14的阳极与所述第二继电器RL2的初级另一端相连，接着与第二三极管TR2的集电极相连，所述第二三极管TR2的发射极接地，所述第二三极管TR2的基极与第三电阻 R3的一端相连，所述第三电阻R3的另一端连接控制器输出信号Dr；

所述第一空气断路器SW1的输入a、b、c相分别与三相电源相连。

所述第十三二极管D13的阴极与+12V电源相连。

所述第十四二极管D14的阴极与+12V电源相连。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

(1)只需一只上电电阻R1、两只上电用继电器RL1与外围电路(D13、D14、TR1、 TR2、R2、R3)；

(2)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。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型一实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

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。在本实用新型研究过程中，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。据此研究结果，本实用新型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。

如图1所示，为本实用新型一实施例的三相整流上电电路，通过采用一只上电电阻和两只继电器简单实现三相整流电路的单相软上电全过程。

具体的，三相整流上电电路包括分别由二极管D1-D4、D5-D8、D9-D12的三只单相二极管整流桥，两只分立二极管D13、D14，一只电解电容C1、两只继电器RL1、 RL2，两只三极管TR1、TR2，上电电阻R1、两只电阻R2、R3，以及一只空气断路器 SW1。

第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阴极、第五二极管阴极D5与第七二极管D7的阴极连接一起后，与上电电阻R1的一端和第一继电器RL1的次级一端相连；第九二极管D9的阴极与第十一二极管阴极D11相连后，与第二继电器RL2的次级一端相连；第二二极管D2的阳极与第四二极管D4的阳极、第六二极管D6的阴极与第八二极管D8的阳极连接一起后，与第一电解电容C1负极相连，并与第十二极管D10的阳极和第十二二极管D12的阳极相连，形成输出负极；第一二极管D1 的阳极与第三二极管D3的阳极相连后，与第二二极管D2的阴极与第四二极管D4 的阴极相连，并连接第一空气断路器SW1的a相输出；第五二极管D5的阳极与第六二极管D6的阳极相连后，与第七二极管D7的阴极与第八二极管D8的阴极相连，并连接第一空气断路器SW1的b相输出；第九二极管D9的阳极与第十一二极管D11 的阳极相连后，与第十二极管D10的阴极和第十二二极管D12的阴极相连，并连接第一空气断路器SW1的c相输出；上电电阻R1的另一端与第一电解电容C1正极相连，形成输出直流电压正极，并与第一继电器RL1的次级另一端相连，并与第二继电器RL2的次级另一端相连；第十三二极管D13的阴极与第一继电器RL1的初级一端和+12V电源相连，第十三二极管D13的阳极与第一继电器RL1初级另一端相连，接着与第一三极管TR1的集电极相连，第一三极管TR1的发射极接地，第一三极管 TR1的基极与第一电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端连接控制器输出信号 Dr；第十四二极管D14的阴极与第二继电器RL2的初级一端和+12V电源相连，第十四二极管D14的阳极与第二继电器RL2的初级另一端相连，接着与第二三极管TR2 的集电极相连，第二三极管TR2的发射极接地，第二三极管TR2的基极与第二电阻 R3的一端相连，第三电阻R3的另一端连接控制器输出信号Dr；第一空气断路器SW1 的输入a、b、c相分别与三相电源相连。

上述实施例的工作原理如下：

当合上空气断路器SW1后，只有第一单相整流桥D1-D4和第二单相整流桥D5-D8 工作，通过第一上电电阻R1，电解电容C1开始充电，只有空气断路器SW1的a相和b相形成的单相电压uab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uab的幅值，即电网线电压幅值，继电器RL1与RL2动作，吸合触头，短接第一上电电阻R1，并接通单相整流桥D9-D12正极到第一电解电容C1的正极，由此实现三相整流电路的单相软上电全过程，此后三相整流电路进入到完全自然整流状态。

在一具体实施例中，各器件的一组优选参数为：

交流电源：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；

功率二极管(D1—D4、D5—D8、D9—D12)：1200V，电流等级依据传递功率大小，构成三相二极管整流电路；

功率二极管(D13—D14)：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—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上电电阻R1，并接通第三整流桥(D9—D12)正极与第一电解电容C1正极；

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；

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；

空气开关(SW1)：380V±15％，电流等级依据传递功率大小；

本实用新型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。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (3)

1.一种三相整流上电电路，其特征在于：包括分别由二极管D1-D4、D5-D8、D9-D12的三只单相二极管整流桥，两只分立二极管D13、D14，一只电解电容C1、两只继电器RL1、RL2，两只三极管TR1、TR2，上电电阻R1、两只电阻R2、R3，以及一只空气断路器SW1；其中：

第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阴极、第五二极管阴极D5与第七二极管D7的阴极连接一起后，与所述上电电阻R1的一端和第一继电器RL1的次级一端相连；

第九二极管D9的阴极与第十一二极管阴极D11相连后，与第二继电器RL2的次级一端相连；

第二二极管D2的阳极与第四二极管D4的阳极、第六二极管D6的阴极与第八二极管D8的阳极连接一起后，与第一电解电容C1负极相连，并与第十二极管D10的阳极和第十二二极管D12的阳极相连，形成输出负极；

第一二极管D1的阳极与第三二极管D3的阳极相连后，与第二二极管D2的阴极、第四二极管D4的阴极相连，并连接第一空气断路器SW1的a相输出；

第五二极管D5的阳极与第六二极管D6的阳极相连后，与第七二极管D7的阴极、第八二极管D8的阴极相连，并连接所述第一空气断路器SW1的b相输出；

第九二极管D9的阳极与第十一二极管D11的阳极相连后，与所述第十二极管D10的阴极和所述第十二二极管D12的阴极相连，并连接所述第一空气断路器SW1的c相输出；

所述上电电阻R1的另一端与第一电解电容C1正极相连，形成输出直流电压正极，并与第一继电器RL1的次级另一端相连，并与所述第二继电器RL2的次级另一端相连；

第十三二极管D13的阴极与第一继电器RL1的初级一端和电源相连，所述第十三二极管D13的阳极与所述第一继电器RL1初级另一端相连，接着与第一三极管TR1的集电极相连，所述第一三极管TR1的发射极接地，所述第一三极管TR1的基极与第二电阻R2的一端相连，所述第二电阻R2的另一端连接控制器输出信号Dr；

第十四二极管D14的阴极与所述第二继电器RL2的初级一端和电源相连，所述第十四二极管D14的阳极与所述第二继电器RL2的初级另一端相连，接着与第二三极管TR2的集电极相连，所述第二三极管TR2的发射极接地，所述第二三极管TR2的基极与第三电阻R3的一端相连，所述第三电阻R3的另一端连接控制器输出信号Dr；

所述第一空气断路器SW1的输入a、b、c相分别与三相电源相连。

2.根据权利要求1所述的一种三相整流上电电路，其特征在于：所述第十三二极管D13的阴极与+12V电源相连。

3.根据权利要求1所述的一种三相整流上电电路，其特征在于：所述第十四二极管D14的阴极与+12V电源相连。

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