专利名称：互感馈能方式的低谐波电流连续三相整流电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种将输入电流由断续变成连续的三相(无中线)整流电路，可以提高功率因数，减小谐波畸变率，以减少电源的谐波对电网的危害，属于电力电子技术领域。
背景技术：
在现有技术中，公知的电容滤波的三相整流电路存在的问题是输入电流断续，电流的谐波总含量THD很高，全功率因数PF较低，对电网产生谐波污染，谐波已经成为一种电力公害。 图I所示为公知的三相整流电路；图2所示为图I电路输入的三相电U、V、W的波形图，其中的长虚线作标注用，图3、图4、图5分别为U、V、W三相电压及其对应的每相电流波形图(simulink仿真环境下得到)，把上下两部分波形放在一起以便对功率因数校正原理进行分析。下面以图2三相电压波形图为主，结合图3、图4、图5分析在一个周期内(t0到t7)公知的三相整流电路工作情况，相电U在t0到tl段、t3到t4段以及t6到t7段不工作，电流断续，如图3下半部分电流曲线所示(电流垂直方向回到零)；相电V在t2到t3段和t5到t6段不工作，电流断续如图4下半部分电流曲线所示(电流垂直方向回到零);相电W在tl到t2和t4到t5段不工作，电流断续，电流断续如图5下半部分电流曲线所示(电流垂直方向回到零)。可见，每个周期内都有相电压间歇性停止工作，这就导致了输入端较低的功率因数和较高的谐波次数产生。解决的最有效方法是在设备的输入端接有谐波抑制装置。
实用新型内容本实用新型是针对现有技术存在的不足，提出一种将三相输入电流由断续变成连续的三相整流电路，使输入电流波形接近正弦波，可以减少电容滤波的三相整流电路输入电流谐波含量，校正输入电流的畸变，有效提高全功率因数，减小整流电路对电网产生的谐波污染。图6给出了相电U输入电流校正后效果，可见，输入电流基本连续并接近正弦波，其谐波含量显著降低。相电V及相电W波形与相电U呈相似形，此效果图在simulink仿真环境下得至IJ。本实用新型是通过以下技术措施来实现的互感馈能方式的低谐波电流连续三相整流电路，其特征是包括一个三相整流器BR，两个二极管Dl、D2，储能互感M-L，电流传感器组SS，采样电路SM，控制电路CT，开关切换组SW，以及具有滤波、储能、分压功能的输出电容Cl、C2 ;储能互感M-L包括有自感LI，L2，L3 ;三相交流电输入分为两路，一路连接三相整流器BR，另一路连接至开关切换组SW，开关切换组SW包括三个双向开关。三相交流电U、V、W上安装有电流传感器组SS，电流传感器组SS经过采样电路处理后的输出端连接到控制电路CT，，控制电路CT的输出端连接至开关切换组SW中三个双向开关的控制端；三相交流电u、v、w上的电流传感器组SS检测的信号输入到采样电路SM，经过滤波和整形后输入到控制电路CT，控制电路CT接收到采样信号，进行分析和处理控制开关切换组SW内开关管的开通和关断；三相整流器BR的正电压输出端连接到二极管Dl的正极性端，二极管Dl与储能互感M-L的自感LI并联，二极管Dl的负极性端连接到输出电容Cl的 正极性端，输出电容Cl的正极性端为低谐波电流连续三相整流电路的正极性电压输出；三相整流器BR的负电压输出端连接到二极管D2的负极性端，二极管D2与储能互感M-L的自感L2并联，二极管D2的正极性端连接到输出电容C2的负极性端，输出电容C2的正极性端与输出电容Cl的负极性端相连，输出电容C2的负极性端为低谐波电流连续三相整流电路的负极性电压输出；储能互感的自感L3 —端连接输出电容C1、C2的公共端，另一端连接开关切换组SW的公共端。输出电容C1、C2的两个非公共端即为低谐波电流连续三相整流电路的最终输出。所述的储能互感M-L中每个自感都应大于ImH小于5mH，所述输出电容Cl、C2选取范围为 5 μ F〈C1〈2200 μ F，5 μ F〈C2〈2200 μ F。开关切换组SW由三个双向开关SW1、Sff2, SW3组成，双向开关开关SW1、Sff2, SW3由MOS管和二极管组成或由IGBT和二极管组成。储能互感M-L中的三个自感LI、L2、L3，三个自感构成的储能互感M-L的同名端位于同一侧。 本实用新型通过控制电路CT控制SW内开关管开通或关断，把相电压未工作部分的能量通过储能互感M-L耦合到整流电路中最后输出到滤波电容Cl、C2的两个非公共端，供给负载，从而使相电压连续工作，输入电流连续并且接近正弦波，有效提高全功率因数，减小整流电路对电网产生的谐波污染。本实用新型不借助三相电源的中线即可实现功率因数校正，其应用范围广泛。
图I公知的三相整流电路图2三相输入电压波形图图3 U相电压及其对应的相电流波形图图4 V相电压及其对应的相电流波形图图5 W相电压及其对应的相电流波形图图6校正后U相电压(上)、电流(下)波形图图7本实用新型电路图
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对于本实用新型作进一步说明图7给出了本实施实例的电路图，图中电流传感器组SS为三相电U、V、W的电流传感器，包括SSI、SS2、SS3，开关切换组SW由三个双向开关SW1、Sff2, SW3组成，储能互感M-L包括三个自感L1、L2、L3。输出电容C1、C2串联，起到分压、滤波和储能的作用，Cl、C2的公共端电压约为输出电压的一半，其平均值接近三相电的中线电压，将其连接到自感L3，自感L3的另一端接到开关切换组SW的公共端，作为开关切换组的基准电压。三相电U、V、W经过BR整流输出脉动的直流电压，经过自感LI、L2后输出，二极管D1、D2分别并联在自感LI、L2两端，可以起到续流储能的作用。输出电容Cl、C2串联可以等效为一个电容，其对脉动的直流电压滤波后连接到输出端OUTl和0UT2，输出较平滑的直流电压。电流传感器组SS中的三个传感器SSI、SS2、SS3分别采样三相电源的三个相电流并输入到采样电路SM,采样电路将信号经过滤波和整形后输入到控制电路CT，控制电路CT根据输入的采样信号分析当前状态后发出相应的驱动信号，控制开关切换组SW内双向开关的开通或管断。工作过程如下三相电源上电，电流传感器组SS中的三个传感器SS1、SS2、SS3将三相电流信号输入到采样电路SM，采样电路SM将处理后的信号传输到控制电路，控制电路根据电流信号分析哪一相电压瞬时电流断续，控制相应的双向开关开通，开关的开通导致互感中的自感L3产生感应电压，通过互感耦合到自感L1、L2。若自感L3电压方向为正则自感L1、L2感应的电压方向也为正，此时L2通过二极管D2续流，储存能量，而LI将能量释放到电路中；下一时刻当自感L3电压方向为负则自感LI、L2感应的电压方向也为负，此时LI通过二极管Dl续流，储存能量，而L2将上周期储存的能量释放到电容C1、C2两端使得输出能量增大；再到·下一时刻，当自感L3电压方向为正时，LI也将上周期存储的能量释放到电容Cl、C2两端，使输出能量增大。这样周而复始就把输入端相电压电流断续的能量转移到输出端，使得输入电流由断续变为连续，使输入电流波形接近正弦波，减少电容滤波的三相整流电路输入电流谐波含量，校正了输入电流的畸变，有效提高全功率因数，减小整流电路对电网产生的谐波污染。
权利要求1.ー种互感馈能方式的低谐波电流连续三相整流电路，其特征是包括ー个三相整流器BR，两个ニ极管D1、D2，储能互感M-L，电流传感器组SS，采样电路SM，控制电路CT，开关切换组SW，以及具有滤波、储能、分压功能的输出电容C1、C2 ;储能互感M-L包括有自感LI，L2，L3 ;三相交流电输入分为两路，一路连接三相整流器BR，另一路连接至开关切换组SW，开关切换组SW包括三个双向开关；三相交流电U、V、W上安装有电流传感器组SS，电流传感器组SS经过采样电路处理后的输出端连接到控制电路CT，控制电路CT的输出端连接至开关切换组SW中三个双向开关的控制端；三相交流电U、V、W上的电流传感器组SS检测的信号输入到采样电路SM，经过滤波和整形后输入到控制电路CT，控制电路CT接收到采样信号，进行分析和处理控制开关切换组SW内开关管的开通和关断；三相整流器BR的正电压输出端连接到ニ极管Dl的正极性端，ニ极管Dl与储能互感M-L的自感LI并联，ニ极管Dl的负极性端连接到输出电容Cl的正极性端，输出电容Cl的正极性端为低谐波电流连续三相整流电路的正极性电压输出；三相整流器BR的负电压输出端连接到ニ极管D2的负极性端，ニ极管D2与储能互感M-L的自感L2并联，ニ极管D2的正极性端连接到输出电容C2的负极性端，输出电容C2的正极性端与输出电容Cl的负极性端相连，输出电容C2的负极性端为低谐波电流连续三相整流电路的负极性电压输出；储能互感M-L的自感L3 —端连接输出电容C1、C2的公共端；另一端连接开关切换组SW的公共端；输出电容C1、C2的两个非公共端即为低谐波电流连续三相整流电路的最终输出。
2.根据权利要求I所述的低谐波电流连续三相整流电路，其特征在于所述的储能互感M-L中每个自感都应大于ImH小于5mH，所述输出电容Cl、C2选取范围为5 μ F〈C1〈2200 μ F，5 μ F〈C2〈2200 μ F。
3.根据权利要求I所述的低谐波电流连续三相整流电路，其特征在于开关切换组SW由三个双向开关SW1、SW2、SW3组成，双向开关开关SW1、SW2、SW3由MOS管和ニ极管组成或由IGBT和ニ极管组成。
4.根据权利要求I所述的低谐波电流连续三相整流电路，其特征在于储能互感M-L中的三个自感LI、L2、L3，三个自感构成的储能互感M-L的同名端位于同一侧。
专利摘要一种互感馈能方式的低谐波电流连续三相整流电路，属于电力电子技术领域。该电路包括包括一个三相整流器BR，两个二极管D1、D2，储能互感M-L，电流传感器组SS，采样电路SM，控制电路CT，开关切换组SW，以及具有滤波、储能、分压功能的输出电容C1、C2；本实用新型通过控制电路CT控制SW内开关管开通或关断，把相电压未工作部分的能量通过储能互感M-L耦合到整流电路中最后输出到滤波电容C1、C2的两个非公共端，供给负载，从而使相电压连续工作，输入电流连续并且接近正弦波，有效提高全功率因数，减小整流电路对电网产生的谐波污染。
文档编号H02M7/04GK202634298SQ20112050162
公开日2012年12月26日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者陈树君, 王海亮, 吴日光, 于洋 申请人:北京工业大学