CN103812366B - 三相可控整流电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三相可控整流电路，包括三相交流电网、滤波电路、整流电路、以及校正电路；所述三相交流电网，用于为整个三相可控整流电路供电，包括三条火线；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，包括三个滤波电感；所述整流电路，与所述滤波电路相连，用于由滤波电路输入的交流电转换成直流电，包括二级管整流桥、电解电容、和稳定电阻；所述校正电路，与所述滤波电路和整流电路相连，用于校正网侧功率因数，包括三个双向可控开关和三个交流电容。本发明所述的三相可控整流电路结构简单、控制简便、可以改善网侧功率因数，抑制谐波电流。

Description

三相可控整流电路

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种整流电路，特别是涉及一种三相可控整流电路。

背景技术

对于三相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，在整个系统的交流侧，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，三相供电整流系统的谐波电流抑制技术可以采用效果良好的完全有源技术，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，虽然电路简单，但是设计不是很容易，开发周期较长，效率较低，成本方面也不具备优势，尚未得到广泛的应用。

三相供电整流系统的谐波电流抑制技术可以采用效果较差的无源技术，通过设计合理的电路结构和配置合理的参数，也可以实现较高甚至接近1的网侧功率因数，而且电路简单，设计容易，开发周期较短，得到了广泛的应用，但是存在体积较大、笨重等实际问题，而且无源器件的成本也满意控制。

因此在变频空调等应用领域亟需一种新型的整流器技术，最好是融合有源与无源整流技术的优点，而又尽量克服其不足之处。

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三相可控整流电路，用于解决现有技术中有源技术发现严重的谐波电流、功率因数低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种三相可控整流电路。所述三相可控整流电路包括：三相交流电网、滤波电路、整流电路、以及校正电路；

所述三相交流电网，用于为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，与所述滤波电路相连，用于由滤波电路输入的交流电转换成直流电；包括二级管整流桥、电解电容、和稳定电阻，所述二极管整流桥具有第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂；

所述校正电路，与所述滤波电路和整流电路相连，用于校正网侧功率因数；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、第一交流电容、第二交流电容、以及第三交流电容。

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输入端相连。

优选地，所述二极管整流桥的第一、第二、第三输入端为二极管整流桥第一、第二、第三桥臂的中点。

优选地，所述整流电路中的电解电容和稳定电阻并联。

优选地，所述二极管整流桥的正极与电解电容的正极相连，形成输出正极，所述二极管整流桥的负极与电解电容的负极相连，形成输出负极。

优选地，所述校正电路中第一双向可控开关的一端与所述二极管整流桥的第一输入端相连，所述第一双向可控开关的另一端与第一交流电容的一端相连，第一交流电容的另一端与所述电解电容的负极相连。

优选地，所述校正电路中第二双向可控开关的一端与所述二极管整流桥的第二输入端相连，所述第二双向可控开关的另一端与第二交流电容的一端相连，第二交流电容的另一端与所述电解电容的负极相连。

优选地，所述校正电路中第三双向可控开关的一端与所述二极管整流桥的第三输入端相连，所述第三双向可控开关的另一端与第三交流电容的一端相连，第三交流电容的另一端与所述电解电容的负极相连。

如上所述，本发明所述的三相可控整流电路，具有以下有益效果：

1、抑制谐波电流、改善网侧功率因数、直流电压有所升高且平稳；

2、电路结构简单、设计容易、控制简便，效率更高.

附图说明

图1显示为本发明的三相可控整流电路的电路图。

图2显示为本发明的三相可控整流电路的应用电路的电路图。

元件标号说明

1 三相交流电网

2 滤波电路

3 整流电路

4 校正电路

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。

实施例一

本实施例提供一种三相可控整流电路，如图1所示，所述三相可控整流电路包括：三相交流电网1、滤波电路2、整流电路3、以及校正电路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、电解电容E1、和稳定电阻R1，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。所述校正电路4包括第一双向可控开关BDS1、第二双向可控开关BDS2、第三双向可控开关BDS3、第一交流电容C1、第二交流电容C2、第三交流电容C3。

其中，所述三相交流电网1用于为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的第一输入端N1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的第二输入端N2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的第三输入端N3相连，即与二极管整流桥B1的第三桥臂中点相连。

所述整流电路3，与所述滤波电路2相连，用于由滤波电路输入的交流电转换成直流电，其中，电解电容E1和稳定电阻R1并联。所述二极管整流桥B1的正极与电解电容E1的正极相连，形成输出正极DCP，所述二极管整流桥B1的负极与电解电容E1的负极相连，形成输出负极DCN。

所述校正电路，与所述滤波电路2和整流电路3相连，用于校正网侧功率因数，其中，第一双向可控开关BDS1的一端与所述二极管整流桥B1的第一输入端N1相连，所述第一双向可控开关BDS1的另一端与第一交流电容C1的一端相连，第一交流电容C1的另一端与所述电解电容E1的负极相连；第二双向可控开关BDS2的一端与所述二极管整流桥B1的第二输入端N2相连，所述第二双向可控开关BDS2的另一端与第二交流电容C2的一端相连，第二交流电容C2的另一端与所述电解电容E1的负极相连；第三双向可控开关BDS3的一端与所述二极管整流桥B1的第三输入端N3相连，所述第三双向可控开关BDS3的另一端与第三交流电容C3的一端相连，第三交流电容C3的另一端与所述电解电容E1的负极相连。

本实施例通过以下步骤实施工作：

根据二极管整流桥B1为自然整流桥，在三个桥臂中点之间具有六个线电压，在任意时刻绝对值最高的线电压能够发生整流作用，涉及两个输入火线，一个电源周期共计6段线电压参与整流过程，属于自然整流。如果只有自然整流，网侧的电流富含谐波成份，功率因数较低。其原因是：（1）整流桥中二极管的导通角小于120°，造成网侧电流的导通角较小，结果功率因数较低；（2）网侧采取滤波电路时，可以扩大滤波电感的导通角，结果功率因数偏向增加；因此需要采用扩大整流桥中二极管的导通角，同时设置合理的网侧滤波器来增加滤波电感的导通角。为此本申请的校正电路4就起到了上述作用。

对于校正电路4，在一个电源周期中，第一双向可控开关BDS1可以工作在部分导电模式下，三只双向可控开关BDS1～BDS3的一端分别与三只滤波电感和二极管整流桥B1，即整流器的三个桥臂中点连接。在工作时确保三只双向可控开关不同时导通，这样就可以将校正电路和整流电路乃至整个电路简化为单相或单线图，因此整个电路的工作原理除了三只双向可控开关不工作时的自然整流之外，只需考虑单只滤波电感、单只双向可控开关和相应的二极管整流桥B1的相关桥臂构成的电路。下面以后滤波电感L1、第一双向可控开关BDS1和二极管整流桥B1为例说明，不失一般性，假定整个电路处于第一相电压的正半周，由控制器发出驱动脉冲信号，使得第一双向可控开关BDS1开通与关断，结果通过第一双向可控开关BDS1使得第一交流电容C1的由左端到右端直接经过二极管整流桥B1的第二或第三桥臂下管充电，不经过电解电容E1充电，结果第一滤波电感L1的正半周的导通角增加。假定整个电路处于第一相电压的副半周，由控制器发出驱动脉冲信号，使得BDS1开通与关断，结果通过第一双向可控开关BDS1使得第一交流电容C1的右端到左端直接经过二极管整流桥B1的第二或第三桥臂上管和电解电容E1进行放电充电，即放电，结果第一滤波电感L1的副半周的导通角增加。

通过合理地安排第一双向可控开关BDS1开通与关断的规律，就可以配合自然整流过程，使得正、负半周滤波电感L1的的电流跨越180°范围且跟踪电网第一相（a相）电压波形，抑制a相谐波电流于标准规定范围以内，且基本使得a相基波电流与a相电压波形同步，就可以获得较高的功率因数。

可以采用相同的处理手段，使得且基本使得b、c相基波电流与b、c相电压波形同步，且谐波电流得到有效抑制。最终获得三相高功率因数，到达功率因数校正的目的。

脉冲发送规律的设计与三只滤波电感L1~L3的感值、三只交流电容C1~C3的容值、电解电容E1的容值、电网电压的范围和负载的轻重都有关系。因此在三只滤波电感L1~L3的感值、三只交流电容C1~C3的容值、电解电容E1的容值优化选定之后，需要根据负载的轻重计算双向可控开关BDS1～BDS3的通断规律，包括脉冲频率、脉冲占空比和脉冲的位置，这需要根据实测结果来确定，需要大量反复的工作，需要不断地对照谐波电流标准，如IEC61000-3-2，暂时没有可用的解析解或闭合解。

以上分析方法，同样适合直流回路采用双电容串联的实施例二。

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～5.5mH，电流为15A。第一交流电容C1、第二交流电容C2、第三交流电容C3的电容分别为22μF～35μF，电压为250V。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，600V，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，600V。电解电容E1的电容为4x680μF，分成两组，每组并联，并联后的每组再串联，单只耐压450V。稳定电阻R1为68kΩ/10W。开关频率为20kHz。

本实施例的电路结构简单、控制简便、可广泛地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，并且设计容易、网侧功率因数高，抑制谐波电流，直流电压平稳。

实施例二

本实施例提供一种可控整流电路的应用电路，如图2所示，所述应用电路包括三相交流电网1、滤波电路2、整流电路3、以及校正电路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、以及第二稳定电阻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。所述校正电路4包括第一双向可控开关BDS1、第二双向可控开关BDS2、第三双向可控开关BDS3、第一交流电容C1、第二交流电容C2、第三交流电容C3。

其中，所述三相交流电网1用于为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的第一输入端N1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的第二输入端N2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，第二滤波电感L3的另一端与所述整流电路3中的二极管整流桥B1的第三输入端N3相连，即与二极管整流桥B1的第三桥臂中点相连。

所述整流电路3，与所述滤波电路2相连，用于由滤波电路输入的交流电转换成直流电，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。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，形成输出负极DCN。

所述校正电路，与所述滤波电路2和整流电路3相连，用于校正网侧功率因数，其中，第一双向可控开关BDS1的一端与所述二极管整流桥B1的第一输入端N1相连，所述第一双向可控开关BDS1的另一端与第一交流电容C1的一端相连，第一交流电容C1的另一端与所述第一电解电容E1的负极相连，即所述第一交流电容C1的另一端连接在所述直流环节中点；第二双向可控开关BDS2的一端与所述二极管整流桥B1的第二输入端N2相连，所述第二双向可控开关BDS2的另一端与第二交流电容C2的一端相连，第二交流电容C2的另一端与所述电解电容E1的负极相连，即所述第二交流电容C2的另一端连接在所述直流环节中点；第三双向可控开关BDS3的一端与所述二极管整流桥B1的第三输入端N3相连，所述第三双向可控开关BDS3的另一端与第三交流电容C3的一端相连，第三交流电容C3的另一端与所述电解电容E1的负极相连，即所述第三交流电容C3的另一端连接在所述直流环节中点。

本发明所述的三相可控整流电路，其电路结构简单、控制简便、可广泛地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，并且设计容易、网侧功率因数高，抑制谐波电流，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)

1.一种三相可控整流电路，其特征在于，所述三相可控整流电路包括：三相交流电网、滤波电路、整流电路、以及校正电路；

所述三相交流电网，用于为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，与所述滤波电路相连，用于由滤波电路输入的交流电转换成直流电；包括二极管整流桥、电解电容、和稳定电阻，所述二极管整流桥具有第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂；

所述校正电路，与所述滤波电路和整流电路相连，用于校正网侧功率因数；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、第一交流电容、第二交流电容、以及第三交流电容；

其中，当所述三相可控整流电路处于第一相电压的正半周，使得第一双向可控开关开通与关断，所述第一滤波电感的正半周的导通角增加；当所述三相可控整流电路处于第一相电压的负半周，使得第一双向可控开关开通与关断，使得所述第一滤波电感的负半周的导通角增加；

当所述三相可控整流电路处于第二相电压的正半周，使得第二双向可控开关开通与关断，所述第二滤波电感的正半周的导通角增加；当所述三相可控整流电路处于第二相电压的负半周，使得第二双向可控开关开通与关断，使得所述第二滤波电感的负半周的导通角增加；

当所述三相可控整流电路处于第三相电压的正半周，使得第三双向可控开关开通与关断，所述第三滤波电感的正半周的导通角增加；当所述三相可控整流电路处于第三相电压的负半周，使得第三双向可控开关开通与关断，使得所述第三滤波电感的负半周的导通角增加；

通过所述第一双向可控开关、第二双向可控开关、第三双向可控开关的开通与关断，配合所述整流电路的整流过程，使得正、负半周第一滤波电感、第二滤波电感、以及第三滤波电感的电流跨越180度范围且跟踪电网三相电压波形，抑制三相相谐波电流于标准规定范围以内，且基本使得三相基波电流与三相电压波形同步。

2.根据权利要求1所述的三相可控整流电路，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三火线相连，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输入端相连。

3.根据权利要求2所述的三相可控整流电路，其特征在于：所述二极管整流桥的第一、第二、第三输入端为二极管整流桥第一、第二、第三桥臂的中点。

4.根据权利要求1所述的三相可控整流电路，其特征在于：所述整流电路中的电解电容和稳定电阻并联。

5.根据权利要求1所述的三相可控整流电路，其特征在于：所述二极管整流桥的正极与电解电容的正极相连，形成输出正极，所述二极管整流桥的负极与电解电容的负极相连，形成输出负极。

6.根据权利要求1所述的三相可控整流电路，其特征在于：所述校正电路中第一双向可控开关的一端与所述二极管整流桥的第一输入端相连，所述第一双向可控开关的另一端与第一交流电容的一端相连，第一交流电容的另一端与所述电解电容的负极相连。

7.根据权利要求1所述的三相可控整流电路，其特征在于：所述校正电路中第二双向可控开关的一端与所述二极管整流桥的第二输入端相连，所述第二双向可控开关的另一端与第二交流电容的一端相连，第二交流电容的另一端与所述电解电容的负极相连。

8.根据权利要求1所述的三相可控整流电路，其特征在于：所述校正电路中第三双向可控开关的一端与所述二极管整流桥的第三输入端相连，所述第三双向可控开关的另一端与第三交流电容的一端相连，第三交流电容的另一端与所述电解电容的负极相连。