CN201113810Y - 一种自耦移相的双三相功率整流电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种自耦移相的双三相功率整流电源，包括两个三相桥式整流单元，一个三相变压器和直流滤波元件，其在电网的三相输入上串联移相电源。所述的两组三相电源串联的移相电源有采用单移核双移两种形式，针对的负载是调速装置中两个功率逆变电路，两个负载的电压和功率一样，同时工作，电气上是可靠绝缘的，网侧供电电流的谐波电流小，所用变压器的容量小。

Description

一种自耦移相的双三相功率整流电源

技术领域

本实用新型涉及一种双三相功率整流电源，特别涉及一种针对的负载是调速装置中两个功率逆变电路，两个负载的电压和功率一样，同时工作，电气上是可靠绝缘的自耦移相的双三相功率整流电源。

背景技术

三相工频电网供电的功率整流电源，负载一般是调速装置中功率逆变电路，所需直流电压较高，功率较大。

直流输出采用电容滤波的三相桥式整流电源，其某一相输入电流i1的波形如图1(a)所示，正负半波各有相距π/3电角度的电流脉冲i0，i0峰值所在处与对整流电源供电的线电压相位基本一致。如果用线段形式表示i0，就得到图1中的(b)，线段的长度表示i0基波电流或直流电流的大小。

除了基波电流之外，i1中含有相当大的谐波电流，当i1直接由电网供给时，过大的谐波电流会产生电网公害，既增加供电设备和线路的功耗，又会引起供电电压的畸变，影响别的用电装置的工作。所以必须减小网侧供电电流的谐波电流。

i1谐波电流的大小与电流脉冲i0的形状有关，图2(a)是放大了的电流脉冲的波形，导通角小于π/3电角度。如果三相桥式整流电源的直流输出处串联直流电抗器，或者在三相交流输入上串联交流电抗器，则电流脉冲i0的波形变为图2中的(b)或(c)，i0以及i1的谐波电流都有所减小。

电流脉冲i0中含有直流分量，基波分量和各种谐波分量，但电流i1中只含有基波和6m±1次谐波分量(m为正整数)，其他谐波理论上已消去。这是由i1的脉冲组成所决定的，可见适当改变脉冲组成也是有效减小谐波电流的办法。

采用包含两个三相桥式整流单元的双三相整流电源，经过整流变压器的转换，尽管三相桥式整流单元的输入电流仍为i1，但网侧供电电流已变为i2。i2的脉冲组成如图3(a)或(b)所示，正负半波各有间距π/3电角度的六个脉冲，且线段的顶端包络线为一正弦波。分析表明，i2只含有基波和12m±1次谐波(m为正整数)。

并联式的双三相整流电源的电路如图4所示，两个桥式整流单元U1和U2的直流输出并联，共同向滤波电容和负载提供电流。串联式的双三相整流电源稍有不同，接有滤波电容的两个三相桥式整流单元的输出串联，向负载输出的直流电压相加。

在双三相整流电源中，三相桥式整流单元U1和U2的三相电源由整流变压器厂的付边分组供给。两组付边绕组间绝缘，所供给的线电压大小相等，相位均匀地错开π/6电角度。变压器T的原边一般与付边绝缘，原付边间变比适当选取，相位上则无要求，图3中(a)者电网相电压与付边线电压间相位差为零，(b)者则为π/12电角度。

整流变压器T的原付边绕组可采用多种接法，图4中原边采用三角形，付边则为带延长的三角形，两组付边绕组的结构元素一样，只是延长边不同，呈转向相反的对称。

为了进一步减小网侧供电电流的谐波分量，整流变压器T的付边有一定的尽可能相等的漏感。漏感的作用相当于三桥桥式整流单元U1和U2的三相输入上串联交流电抗器，可以减小电流脉冲i0的谐波电流。

在图4所示双三相整流电源中，三相电网输入处接有限制上电电流过大的电路，上电时电阻R接入，上电完毕后，接触器KM的触点把R短接。电阻R的接入还使整流电源的直流输出电压缓慢上升，防止上电过程中产生过电压。

上述双三相整流电源的技术性能相当好，网侧供电电流的谐波电流小，电源的功率因数和效率高，性能很可靠，存在的缺点是负载功率全部通过整流变压器T转换，T的容量大，体积和重量大，同时电源的成本也大。

实用新型内容

本实用新型所要解决技术问题是提供一种针对的负载是调速装置中两个功率逆变电路，两个负载的电压和功率一样，同时工作，电气上是可靠绝缘的，网侧供电电流的谐波电流小，所用变压器的容量小的自耦移相的双三相功率整流电源。

本实用新型所述的自耦移相的双三相功率整流电源，包括两个三相桥式整流单元，一个三相变压器和直流滤波元件，其在电网的三相输入上串联移相电源。

本实用新型所述的自耦移相的双三相功率整流电源，所述的两组三相电源输入上串联的移相电源采用单移的形式，即一组电源由电网直接供给，另一组电源由电网三相输入上串联移相电源，线电压大小和电网线电压相等，相位移动π/6电角度。

本实用新型所述的自耦移相的双三相功率整流电源，所述的两组三相电源输入上串联的移相电源采用双移的形式，即两组电源的电网三相输入上串联有移相电源，两组电源输出的线电压，相位上对电网线电压方向相反地移动π/12电角度。

本实用新型所述的自耦移相的双三相功率整流电源，主要包括两个三相桥式整流单元、一个变压器和必要的直流滤波电路。电源仍需上电限流电路，在此略去。

本实用新型的核心是三相桥式整流单元。三相桥式整流单元由六个功率二极管接成，也可由适当个数的整流组件接成，或者直接用一个三相整流桥，两个三相桥式整流单元的构成和规格一样。

在本实用新型中，两个三相桥式整流单元的三相电源分组供给，要求每组电源的三个线电压大小相等，相位均匀地错开2π/3电角度，两组电源间，则要求线电压大小相等，相位错开π/6电角度。

本实用新型所述的自耦移相的双三相功率整流电源，其通用电路中，由电源1三相供电的三相桥式整流单元U1的直流输出电压，经过电感L1和电容1构成的滤波电路，滤平后供给功率逆变电路负载1。由电源2三相供电的三相桥式整流单元U2的直流输出电压经过电感L2和电容C2构成的滤波电路滤平后，供给功率逆变电路负载2。L2、C2的规格同L1、C1一样。

本实用新型采用自耦方式获得电源1和电源2，即在电网电源的每一相上串联适当的移相电源，通过串联移相电压来使电源1和电源2的相电压及线电压符合要求。电源1、电源2和电网电源等三者间是不绝缘的，具有公共的中点。

本实用新型的所有移相电源，一般由一只三相变压器T的付边提供，T的原边绕组简明地采用三角形接法，因为其付边线卷所提供的电压在相位上与电网相电压相差π/2电角度，在移相上起主要作用。T的付边绕组最多由两个线卷串成，相应于单移或双移两种形式，T一共有3个或6个付边绕组。

上述三相变压器可用适当独立的变压器代替，例如三只单相变压，两只三相变压器等。上述三相变压器付边绕组所提供的漏感较小，串联在三相桥式整流单元的三相输入上后，在减小电流脉冲谐波电流方面已不能起大的作用，故本实用新型改为在两个三相桥式整流单元的直流输出处串联相同的L/C滤波电路。

本实用新型所述的自耦移相的双三相功率整流电源，所述L/C滤波电路中的两个电感L1和L2为两只独立的电抗器；或为一只电抗器的两个独立的电感。后者结构上紧凑，性能也更好。

本实用新型所述的自耦移相的双三相功率整流电源，所述L/C滤波电路中的两个电感可以改为一只耦合电抗器的两个线卷。两个线卷相互绝缘，同相地耦合在一个磁路上，直流通过时磁通相加，两个线卷的匝比为1∶1，规格一致，相互间有相等的漏感。本实用新型中，在直流输出处串联适当的电抗器，保证了电流脉冲的具有较小的谐波分量。再利用了双三相整流电源的优点，本实用新型网侧供电电流的波形好，无需另外增加功率因数补偿和谐波抑制装置，网侧供电电流的谐波值就能达到标准要求。整流电源的功率因数和效率高，工作可靠。

本实用新型所用变压器T的容量(视在功率)正比于付边绕组的移相电压。单移时，付边容量与两个负载总功率之比为sin(π/12)＝0.259。在双移时，付边容量与三相桥式整流单元供电电压与电网电压的比有关，如果比值介于1和1.035之间，则付边容量与两个负载总功率之比大约为0.26。

本实用新型所述的自耦移相的双三相功率整流电源采用自耦形式，在保证良好的技术性能和可靠性的前提下，结果可使变压器的容量大大减小，克服了现有技术的不足。

附图说明

图1是用电容滤波的三相桥式整流电源的输入电流图，其中，

(a)波形图

(b)用线段表示的脉冲组成图

图2是三相桥式整流电源中组成输入电流的电流脉冲波形图，其中，

(a)在输出处只接有滤波电容

(b)在输出处串联直流电抗器

(c)改为在三相输出处串联交流电抗器

图3是双三相整流电源的网侧供电电流的脉冲组成图，其中，

电源相电压与产生电流脉冲的线电压同相，

电源相电压与产生电流脉冲的线电压错开π/12电角度；

图4是并联式双三相整流电源电路图；

图5是本实用新型所述的自耦移相的双三相整流电源双移形式的示意图；

(a)单移时，

(b)双移时，

图6是采用耦合电抗器后的电流脉冲波形，

(a)负载电流小于临界电流时，

(b)负载电流大于临界电流时，

采用耦合电抗器，如果漏感和负载电流不大，那么电流脉冲i0的波形近似的为图6(a)所示的梯形，与图2中所列举的都不同，为便于对比，图6(a)中用虚线画出了图2中的(b)。从图6(a)可见，电流脉冲也有平坦的顶部，幅值是两个负载电流的和，基于两个负载电流相等，幅值就是一个负载电流的两倍。同时电流上升的开始被延后π/12电角度，电流下降的开始提前π/12电角度，i0的最小导通角为π/6电角度。由于存在着漏感，i0中电流的升降皆有一个变化过程，使得导通角随着负载电流的加大而大。到了临界状态，梯形波顶部平坦部份消失，梯形变为三角形；

图7是本实用新型所述自耦移相的双三相整流电源单移时所需三相电源的接法；

图8是本实用新型输出电压等于电网电压的双移式三相整流电源的接法；

图9是一种简化了接法的双移式三相电源；

图10是本实用新型所述的采用耦合电抗器的双三相整流电源示意图。

具体实施方式

本实用新型所述的自耦移相的双三相功率整流电源，包括两个三相桥式整流单元，一个三相变压器和直流滤波元件，在电网的三相输入上串联移相电源。

供电给两个三相桥式整流单元的电源1和电源2，其线电压大小和相位必须符合一定的要求，才能使整流电源正常工作。针对两个参数相同、同时工作的负载，负载本身间又是绝缘的，为了减小所用变压器的容量，本实用新型采用自耦移相方式来获得电源1和电源2。在电网三相输入上串联移相电源，电源1和电源2的相电压，是电网相电压同移相电源上电压的矢量和。电网电源1和电源2间是不绝缘的，具有共同的中点。

本实用新型包括单移和双移两种形式。

所述的两组三相电源采用单移的形式，即一组电源1由电网A、B、C三端直接供给，另一组电源2由A₁、B₁、C₁三端供给，其线电压大小和电网线电压相等，相位移动π/6电角度。

图7示为获得电源2的接法，图中A、B、C为三相电网输入端，在输入端间接有变压器T的原边绕组。A1、B1、C1为这个电源的三相输出端。在A与A1、B与B1、C与C1间接有作为移相电源的付边绕组。每个付边绕组有两个线卷串联而成，线卷所在的方位与其同一芯柱上的原边绕组平行。

图中可引入有关线段，以线段长度来表示电压的大小。引入中点0，对A相来说，OA表示电网相电压，OA1表示输出电源相电压，AA1表示移相电源的电压.显然(AA1/OA)＝2sin(π/12)。把此值除2，得到的sin(π/12)＝0.259，此为变压器付边容量与负载总功率之比。

所述的两组三相电源采用双移的型式，即两组电源的电网三相输入上串联有移相电源，两组电源输出的线电压，相位上对电网线电压方向相反地移动π/12电角度。

如果要求电源1和电源2的相电压都和电网相电压相等。其接法如图8所示，对应于电网三相输入A、B、C，A1、B1、C1、和A2、B2、C2分别是电源1和电源2的三相输出端，用来获得电源1和电源2的移相电源一共有6个。变压器的付边容量与负载总功率之比为2sin(π/24)＝0.261。

双移时，电源1和电源2具有相同的内阻抗，对称性好，但图8示方案，作为移相电源的付边绕组，每个都由两个线卷串成，比较复杂，也容易出错。如图9所示一种简化方案，用一个线卷来产生移相电源。这时变压器付边容量与负载总功率之比又变为sin(π/12)＝0.259，需要注意的是电源1和电源2的电压要比电网电压大CSC(π/12)＝1.035倍。

单移时，本实用新型的网侧供电电流具有图3(a)示的脉冲组成，如果是双移，就变为图3(b)示的脉冲组成。在减小网侧供电电流的谐波值上，两者的效果相同。

本实用新型的双三相功率整流电源，用两只直流电抗器L1和L2的L/C滤波电路分别串联在两个三相桥式整流单元的输出上，来减少电流脉冲i0的谐波分量，如图5所示。

所述L/C型滤波电路中的两个电感可以是二只独立的电抗器，也可以是一只电抗器的两个独立的电感，如在一个三柱铁心上，只在旁边二个芯柱绕有电感线卷，中间芯柱空着。把两个电感做在一起，可减少两个电抗器所占用的空间，中间芯柱中通过的直流磁通抵消，相当于缩短了磁路长度，可以增大线卷的电感。

图10所示，减小电流脉冲谐波电流的另一种方式，在三相桥式整流单元U1和U2的输出上接上耦合的直流电抗器。L/C滤波电路的两个电感为一只耦合电抗器的二个线卷，二个线卷相互绝缘，线卷L1和L2在一个铁芯中同相耦合在一个磁路上，负载电流通过时，铁芯中的磁通相加。两个线卷匝比为1∶1，规格一致，相互间具有相等的漏感。

共耦电抗器把一个三相桥式整流单元输出脉冲的交流分量耦合到另一个单元的输出上，U1和U2二个单元轮流导通，换向时铁芯中的磁通不变，通过改变滤波电容上的直流电压，来使U1和U2输出电流的平均值分别为Id1和Id2，结果输出电流中电流脉冲有平坦的顶部，其幅值为电流和(Id1+Id2)，导通角则分别为(π/3)Id1/(Id1+Id2)和(π/3)Id2/(Id1+Id2)。

电流脉冲波形比单纯电容滤波时稳定，其谐波分量已经比较小，为了进一步减小电流脉冲的谐波分量，本实用新型的共耦电抗器的两个线卷耦合时有相等的漏感。

由于电感线卷存在着漏感，电流脉冲中电流的升降就有一个过程，使得电流脉冲的导通向后扩展，所增加的角度叫重叠角。在重叠角所对应的时间t0里，U1和U2两个整流单元电源脉冲同时存在，一个单元电流脉冲电流下降的同时，另一个单元电流脉冲的电流增长，两者之和保持不变。

电流脉冲的波形，一般如图6(a)所示，近似地为一梯形波。重叠角的大小与线卷漏感和负载电流成正比，随着负载电流加大而加大。到了临界状态，重叠角达到π/6，亦即导通角等于π/3，梯形波顶平坦部份不再存在，电流脉冲的波形变为三角形。

如果负载电流超过了临界电流，那么重叠角和导通角不再增大，电流脉冲的波形变为图6(b)中虚线所示那样，在三角形下增加一个方波部份。两个整流单元电流脉冲叠加起来，上升段正好与下降段填平，填平后幅值仍为负载电流之和(Id1+Id2)。

图6所示电流脉冲波形中，导通角的变大和平台部份的变小，非常有利于电流脉冲及网侧供电电流低次谐波的减小。另外换相时电流也比一般直流电抗器时小，这有利于减小网侧供电电流减小高次谐波。

Claims (6)

1、一种自耦移相的双三相功率整流电源，包括两个三相桥式整流单元，一个三相变压器和直流滤波元件，其特征在于，在电网的三相输入上串联移相电源。

2、根据权利要求1所述的自耦移相的双三相功率整流电源，其特征在于，所述的两组三相电源输入上串联的移相电源采用单移的形式，即一组电源由电网直接供给，另一组电源由电网三相输入上串联移相电源，线电压大小和电网线电压相等，相位移动π/6电角度。

3、根据权利要求1所述的自耦移相的双三相功率整流电源，其特征在于，所述的两组三相电源输入上串联的移相电源采用双移的形式，即两组电源的电网三相输入上串联有移相电源，两组电源输出的线电压，相位上对电网线电压方向相反地移动π/12电角度。

4、根据权利要求1所述的自耦移相的双三相功率整流电源，其特征在于，两个三相桥式整流单元的直流输出上接有相同的L/C滤波电路。

5、根据权利要求4所述的自耦移相的双三相功率整流电源，其特征在于，L/C滤波电路的两个电感为两只独立电抗器；或者为一只电抗器的两个独立的电感。

6、根据权利要求5所述的自耦移相的双三相功率整流电源，其特征在于L/C滤波电路的两个电感为一只耦合电抗器的二个线卷，二个线卷相互绝缘，同相地耦合在一个磁路上，直流通过时磁通相加，两个线卷匝比为1∶1，规格一致，相互间具有相等的漏感。

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