CN103812314B - 高功率因数三相整流电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高功率因数三相整流电路，所述高功率因数三相整流电路包括：三相交流电网、滤波电路、整流电路、以及开关电路；所述三相交流电网用于给整个三相可控整流电路供电，包括三条火线；所述滤波电路用于滤波所述三相交流电网输出的交流电；包括三只滤波电感；所述整流电路用于由滤波电路输入的交流电压转换成直流电压；包括二级管整流桥、两只电解电容和两只稳定电阻；所述开关电路用于补偿谐波电流，使谐波电流波形接近正弦波形；包括三个双向可控开关和两个逆导开关。本发明所述的高功率因数三相整流电路抑制了谐波电流、改善了网侧功率因数。
Description
技术领域
本发明属于电力电子变换应用领域，涉及一种三相整流电路，特别是涉及一种高功率因数三相整流电路。
背景技术
对于交流供电的电力电子变换器，例如较大功率的家用变频空调，前级为三相整流器，后级为逆变电路，逆变器后接压缩机，在整个***的交流侧，会产生非常严重的谐波电流问题，其中包括低次谐波电流和高次谐波电流，污染周边和电网的电磁环境，严重时会造成很多危害，为此需要采用谐波电流抑制技术。
目前谐波电流抑制技术大都采用有源技术，通过主动的控制技术，可以实现较高甚至为1的网侧功率因数，而且电路简单，设计容易，成本低廉，抑制效果良好，得到了广泛的应用。
传统有源技术一般都是完全有源的，虽然校正效果好，但是效率较低。因此也需要设计一种部分有源谐波电流抑制技术，设计合理的电路结构和电路参数，达到抑制谐波电流和改善功率因数的目的。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高功率因数三相整流电路，用于解决现有技术中整流电路无法抑制谐波电流和功率因数低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高功率因数三相整流电路。所述高功率因数三相整流电路包括：三相交流电网、滤波电路、整流电路、以及开关电路；
所述三相交流电网，用于给整个三相可控整流电路供电；包括第一火线、第二火线、第三火线；
所述滤波电路，与所述三相交流电网相连，用于滤波所述三相交流电网输出的交流电；包括第一滤波电感、第二滤波电感、以及第三滤波电感；
所述整流电路，与所述开关电路连接，用于由滤波电路输入的交流电压转换成直流电压；包括二级管整流桥、第一电解电容、第二电解电容、第一稳定电阻和第二稳定电阻；所述二极管整流桥具有第一桥臂、第二桥臂、及第三桥臂；
所述开关电路，与所述滤波电路和整流电路连接，用于补偿谐波电流，使谐波电流波形接近正弦波形；包括第一双向可控开关、第二双向可控开关、第三双向可控开关、第一逆导开关、以及第二逆导开关。
优选地，所述滤波电路中第一滤波电感的一端与所述三相交流电网中的第一火线相连，第一滤波电感的另一端与所述整流电路中的二极管整流桥的第一交流输入端相连；第二滤波电感的一端与所述三相交流电网中的第二火线相连，第二滤波电感的另一端与所述整流电路中的二极管整流桥的第二交流输入端相连；第三滤波电感的一端与所述三相交流电网中的第二火线相连，第三滤波电感的另一端与所述整流电路中的二极管整流桥的第三交流输入端相连。
优选地，所述二极管整流桥的第一交流输入端、第二交流输入端、第三交流输入端分别是第一桥臂中点、第二桥臂中点、第三桥臂中点。
优选地，所述整流电路中的第一电解电容和第一稳定电阻并联，第二电解电容和第二稳定电阻并联。
优选地，第一电解电容、第一稳定电阻与第二电解电容、第二稳定电阻之间存在直流环节中点。
优选地，所述二极管整流桥的正极与第一电解电容的正极相连，形成直流电路输出正极，所述二极管整流桥的负极与第二电解电容的负极相连，形成直流电路输出负极。
优选地，所述第一双向可控开关的一端与所述整流电路中的二极管整流桥的第一输入端A相连，所述第一双向可控开关的另一端与所述第一逆导开关的发射极相连；所述第二双向可控开关的一端与所述整流电路中的二极管整流桥的第二交流输入端相连，所述第二双向可控开关的另一端与所述第一逆导开关的发射极相连；所述第三双向可控开关的一端与所述整流电路中的二极管整流桥的第三交流输入端相连，所述第三双向可控开关的另一端与所述第一逆导开关的发射极相连。
优选地，所述第一逆导开关的集电极与所述二级管整流桥的直流电路输出正极相连，所述第二逆导开关的发射极与所述二极管整流桥的直流电路输出负极相连。
如上所述，本发明所述的高功率因数三相整流电路，具有以下有益效果：
1、本发明所述的高功率因数三相整流电路抑制了谐波电流、改善了网侧功率因数；
2、本发明所述的高功率因数三相整流电路电路结构简单、效率较高、直流电压平稳。
附图说明
图1显示为本发明的高功率因数三相整流电路的电路示意图。
元件标号说明
1 三相交流电网
2 滤波电路
3 整流电路
4 开关电路
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。
本实施例提供一种高功率因数三相整流电路，如图1所示，所述三相整流电路包括：三相交流电网1、滤波电路2、整流电路3、以及开关电路4。所述三相交流电网1包括第一火线Ua、第二火线Ub、第三火线Uc。所述滤波电路2包括三个滤波电感，即第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、以及第三滤波电感L3。所述整流电路3包括二级管整流桥B1、第一电解电容E1、第二电解电容E2、第一稳定电阻R1和第二稳定电阻R2，所述二极管整流桥B1具有三个桥臂，即第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂。所述开关电路4包括三只双向可控开关，即第一双向可控开关BDS1、第二双向可控开关BDS2、第三双向可控开关BDS3、第一逆导开关RCS1、以及第二逆导开关RCS2。
其中，所述三相交流电网1用于给整个三相可控整流电路供电。
所述滤波电路2与所述三相交流电网1和所述开关电路4相连，用于滤波所述三相交流电网输出的交流电，其中，第一滤波电感L1的一端与所述三相交流电网1中的第一火线Ua相连，第一滤波电感L1的另一端与所述整流电路3中的二极管整流桥B1的第一交流输入端A相连，即与二极管整流桥B1的第一桥臂中点相连；第二滤波电感L2的一端与所述三相交流电网1中的第二火线Ub相连，第二滤波电感L2的另一端与所述整流电路3中的二极管整流桥B1的第二交流输入端B相连，即与二极管整流桥B1的第二桥臂中点相连；第三滤波电感L3的一端与所述三相交流电网1中的第二火线Uc相连，第三滤波电感L3的另一端与所述整流电路3中的二极管整流桥B1的第三交流输入端C相连，即与二极管整流桥B1的第三桥臂中点相连，也就是说，所述二极管整流桥B1的三个交流输入端是其的三个桥臂中点。
所述整流电路3与所述开关电路3相连，用于由滤波电路输入的交流电压转换成直流电压，其中，第一电解电容E1和第一稳定电阻R1并联，第二电解电容E2和第二稳定电阻R1并联，第一电解电容E1、第一稳定电阻R1与第二电解电容E2、第二稳定电阻R1之间存在直流环节中点O2。所述二极管整流桥B1的正极与第一电解电容E1的正极相连，形成直流电路输出正极DCP，所述二极管整流桥B1的负极与第二电解电容E2的负极相连，形成直流电路输出负极DCN。
所述开关电路4与所述滤波电路2和整流电路3相连，用于补偿谐波电流，使所述谐波电流波形接近正弦波形，其中，所述第一双向可控开关BDS1的一端与所述整流电路3中的二极管整流桥B1的第一交流输入端A相连，即与二极管整流桥B1的第一桥臂中点相连，所述第一双向可控开关BDS1的另一端与所述第一逆导开关RCS1的IGBT发射极相连，也就是与所述第二逆导开关RCS2的集电极相连；所述第二双向可控开关BDS2的一端与所述整流电路3中的二极管整流桥B1的第二交流输入端B相连，即与二极管整流桥B1的第二桥臂中点相连，所述第二双向可控开关BDS2的另一端与所述第一逆导开关RCS1的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）发射极相连，也就是与所述第二逆导开关RCS2的集电极相连；所述第三双向可控开关BDS3的一端与所述整流电路3中的二极管整流桥B1的第三交流输入端C相连，即与二极管整流桥B1的第三桥臂中点相连，所述第三双向可控开关BDS3的另一端与所述第一逆导开关RCS1的IGBT发射极相连，也就是与所述第二逆导开关RCS2的集电极相连。所述第一逆导开关RCS1的IGBT集电极与所述二级管整流桥B1的直流电路输出正极DCP相连，所述第二逆导开关RCS2的IGBT发射极与所述二极管整流桥B1的直流电路输出负极DCN相连。
本实施例通过以下步骤进行工作：
根据三相整流桥的工作原理，特别是根据三相整流***的谐波电流分布规律，并考虑到谐波电流标准的要求，设计了在三相电网电压不同区间内，一个电源周期中共计六个区间，采用部分强迫整流技术，控制滤波电容，即所述整流电路3中的第一电解电容E1和第二电解电容E2中双向可控开关的通断，进而控制等效电容的大小、电容储能的多少以及电压极性，扩大滤波电感，即所述第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第三滤波电感L3的导通角，尤其改善指电网相电压过零点附近的电流波形，从而抑制谐波电流和改善网侧功率因数，满足标准，如IEC61000-3-2。
在本实施例中，所述第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第三滤波电感L3的电感为3.5mH，电流为15A。第一电解电容E1的电容为2×680μF，单只耐压450V。第二电解电容E2的电容为2×680μF，单只耐压450V。第一双向可控开关BDS1、第二双向可控开关BDS2、第三双向可控开关BDS3支持35A/100°C，1200V，并可以采用任何现有或新型双向可控开关的型式。二极管整流桥B1支持35A/100°C，电压为1200V，且可以采用任何双向可控开关型式。第一逆导开关RCS1和第二逆导开关RCS2支持25A/100°C，1200V。稳定电阻R1和R2为68kΩ/10W。开关频率为20kHz。
本发明所述的高功率因数三相整流电路在三相电网电压不同区间内，采用部分强迫整流技术，控制滤波电容中双向可控开关、逆导开关的通断，进而控制滤波电感，这样便改善了指电网相电压过零点附近的电流波形，从而实现抑制谐波电流和改善网侧功率因数的目的。本发明电路结构简单，控制简便，可广泛应用在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，容易设计，网侧功率因数高，直流电压平稳。
综上所述，本发明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发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，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发明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，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种高功率因数三相整流电路，其特征在于，所述高功率因数三相整流电路包括：三相交流电网、滤波电路、整流电路、以及开关电路；
所述三相交流电网，用于给整个三相可控整流电路供电；包括第一火线、第二火线、第三火线；
所述滤波电路，与所述三相交流电网相连，用于滤波所述三相交流电网输出的交流电；包括第一滤波电感、第二滤波电感、以及第三滤波电感；
所述整流电路，与所述开关电路连接，用于由滤波电路输入的交流电压转换成直流电压；包括二极管整流桥、第一电解电容、第二电解电容、第一稳定电阻和第二稳定电阻；所述二极管整流桥具有第一桥臂、第二桥臂、及第三桥臂；
所述开关电路，与所述滤波电路和整流电路连接，用于补偿谐波电流，使谐波电流波形接近正弦波形；包括第一双向可控开关、第二双向可控开关、第三双向可控开关、第一逆导开关、以及第二逆导开关；
根据三相整流***的谐波电流分布规律，及谐波电流标准的要求，在三相电压不同区间内，一个电源周期中共计六个区间，采用部分强迫整流技术，控制所述整流电路中的第一电解电容和第二电解电容中双向可控开关的通断，进而控制等效电容的大小、电容储能的多少以及电压极性，扩大所述第一滤波电感、第二滤波电感、第三滤波电感的导通角。
2.根据权利要求1所述的高功率因数三相整流电路，其特征在于：所述滤波电路中第一滤波电感的一端与所述三相交流电网中的第一火线相连，第一滤波电感的另一端与所述整流电路中的二极管整流桥的第一交流输入端相连；第二滤波电感的一端与所述三相交流电网中的第二火线相连，第二滤波电感的另一端与所述整流电路中的二极管整流桥的第二交流输入端相连；第三滤波电感的一端与所述三相交流电网中的第二火线相连，第三滤波电感的另一端与所述整流电路中的二极管整流桥的第三交流输入端相连。
3.根据权利要求1所述的高功率因数三相整流电路，其特征在于：所述二极管整流桥的第一交流输入端、第二交流输入端、第三交流输入端分别是第一桥臂中点、第二桥臂中点、第三桥臂中点。
4.根据权利要求1所述的高功率因数三相整流电路，其特征在于：所述整流电路中的第一电解电容和第一稳定电阻并联，第二电解电容和第二稳定电阻并联。
5.根据权利要求4所述的高功率因数三相整流电路，其特征在于：第一电解电容、第一稳定电阻与第二电解电容、第二稳定电阻之间存在直流环节中点。
6.根据权利要求1所述的高功率因数三相整流电路，其特征在于：所述二极管整流桥的正极与第一电解电容的正极相连，形成直流电路输出正极，所述二极管整流桥的负极与第二电解电容的负极相连，形成直流电路输出负极。
7.根据权利要求1所述的高功率因数三相整流电路，其特征在于：所述第一双向可控开关的一端与所述整流电路中的二极管整流桥的第一输入端A相连，所述第一双向可控开关的另一端与所述第一逆导开关的发射极相连；所述第二双向可控开关的一端与所述整流电路中的二极管整流桥的第二交流输入端相连，所述第二双向可控开关的另一端与所述第一逆导开关的发射极相连；所述第三双向可控开关的一端与所述整流电路中的二极管整流桥的第三交流输入端相连，所述第三双向可控开关的另一端与所述第一逆导开关的发射极相连。
8.根据权利要求1所述的高功率因数三相整流电路，其特征在于：所述第一逆导开关的集电极与所述二极管整流桥的直流电路输出正极相连，所述第二逆导开关的发射极与所述二极管整流桥的直流电路输出负极相连。
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