專利名稱：三相橋式整流裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種三相橋式整流裝置，尤其涉及一種無源功率因數校正和諧波抑制的三相橋式整流裝置。
現有技術的三相橋式整流裝置如

圖1所示，其中，電網交流電源的三相電u、v、w分別由橋式整流二極管組D1-D6整流后，經直流母線濾波電感L1濾波，然后對直流母線電解電容C1和C2充電，再送往負載電路。在這種常規裝置中，電路的功率因數一般在92％以下，即使加大直流母線濾波電感L1的值，功率因數也只能達到約95％，而如果直流母線濾波電感L1的量值太大，又導致其失去實用價值。另外，這種現有技術的三相橋式整流裝置的諧波含量也偏大，對于輸入電流小于16A以下的裝置，諧波含量難以達到IEC EN61000-3-2標準(IEC-國際電工委員會)，而在輸入電流大于16A的情況下，這種現有技術的三相橋式整流裝置產生的諧波含量THD(總諧波畸變量)一般大于30％，而功率因數一般在90％以下。對于中大功率電氣傳動系統，現有技術的三相橋式整流裝置的功率因數一般只可達到87％左右。如果不加直流濾波電感，則現有技術的三相橋式整流裝置的功率因數一般只有62％左右，而諧波含量THD可高達70％以上。功率因數偏低和諧波含量偏大，對電網造成了較大的負面影響，主要包括功率因數偏低則使電網的容量利用率下降，增加電網的損耗，諧波偏大，對電網產生諧波污染，導致電網中的電壓、電流波形畸變，影響電網上其它電氣設備的正常工作，甚至可能導致損壞。
因此，需要一種可以提高功率因數并降低諧波含量的三相橋式整流裝置。
本實用新型的目的在于提供一種能有效地提高功率因數并抑制諧波含量的三相橋式整流裝置。
為了實現本實用新型的目的，根據本實用新型的一個優選實施例的三相橋式整流裝置包括三相橋式整流器組和與該整流器組的一對輸出端連接的直流母線電容，其中，該三相橋式整流裝置還包括分別連接在三相輸入電源和三相整流器組的輸入端的電抗部件，以及連接在該電抗部件和直流母線電容的中間節點之間的主要由三個無極性電容組成的中間電路。它們對輸入電源進行濾波并提高功率因數，且對諧波進行有效抑制。
根據本實用新型的三相橋式整流裝置的一個優選實施例，電抗部件可以是一只三相電抗器，也可以是三只單相電抗器。
根據本實用新型的三相橋式整流裝置的另一個優選實施例，其中的中間電路包括三個分別連接在三相電抗器和直流母線串聯電容的中間節點之間的無極性電容。可替換地，該電路還包括一個連接在三個電容和直流母線串聯電容的中間節點之間的一個電感元件。
根據本實用新型的三相橋式整流裝置的另一個優選實施例，還包括連接在三相橋式整流器組的直流母線濾波電感。
根據本實用新型的三相橋式整流裝置在輸入線電流小于16A時，可抑制諧波含量使其滿足IEC EN6100-3-2標準。而在輸入線電流大于16A時，根據本實用新型的三相橋式整流裝置可使諧波含量THD≤15％；對于上述兩種情況，在25％額定負載以上時，根據本實用新型的三相橋式整流裝置的功率因數≥85％；在60％額定負載以上的情況下，根據本實用新型的三相橋式整流裝置的功率因數可達到95％以上。因此，根據本實用新型的三相橋式整流裝置可以有效地抑制和防護電網與本裝置或系統之間的互相干擾或影響并降低了對直流母線濾波電容的容量要求。
附圖的簡要說明圖1是現有技術的三相橋式整流裝置的電路圖；圖2是根據本實用新型的三橋橋式整流裝置的第一個優選實施例的電路圖；圖3是根據本實用新型的三橋橋式整流裝置的第二個優選實施例的電路圖；圖4根據是本實用新型的三橋橋式整流裝置的第三個優選實施例的電路圖；圖5是根據本實用新型的三橋橋式整流裝置的第四個優選實施例的電路圖；圖6是根據本實用新型的三橋橋式整流裝置的第五個優選實施例的電路圖；下面，結合附圖對本實用新型的優選實施例進行詳細說明。
如圖2所示，根據本實用新型的第一實施例的三相橋式整流裝置包括一個三相電抗器T，由串接的整流二極管組D1與D4、D2與D5、以及D3與D6形成的三相橋式整流電路，由電容C1、C2、C3形成的配合電抗器進行功率因數校正和諧波抑制電路，及直流母線電解電容C4和C5。
來自電網的380V，50HZ交流電源的三相輸入u、v、w分別與三相電抗器T連接。三相電抗器T的三相輸出端A、B、C分別與串接的整流二極管D1與D4、D2與D5、以及D3與D6之間的節點連接。整流二極管D1、D2、D3的公共陰極端節點與直流母線電容C4的P端連接，而整流二極管D4、D5、D6的公共陽極端節點則與直流母線電容C5的N端連接。并且，該三相電抗器T的三相輸出端A、B、C分別與電容C1、C2、C3的一端連接，而該電容C1、C2、C3的另一端則互相連接于節點D。該節點D又與串接的直流母線電解電容C4和C5之間的節點M連接，從而形成連線DM。最后，由端口P和N輸出向直流負載電路供電。
從圖2與現有技術的圖1比較，可以清楚地看出，根據本實用新型的第一實施例在現有技術的三相橋式整流裝置中，去掉了直流母線濾波電感L1，而在三相電源輸入端接入了三相電抗器T，并在該三相電抗器T和直流母線電解電容C4和C5的中間節點之間分別接入了三個電容C1、C2、C3，并形成了連線DM。
將三相電抗器T連接在三相電源輸入端的好處在于該三相電抗器T首先會分別對輸入的三相交流電源進行濾波，以下參照圖2說明根據本實用新型的三相橋式整流裝置的工作過程。以輸入的三相交流電源的u相為例，在u相的輸入電壓的處于正半周期間，u相電源的電壓大于零但A點電壓小于P點電壓，則整流二極管D1本身的反壓偏置而不導通。但由于u相輸入電壓同時可通過三相電抗器的繞組對電容C1進行充電，就形成了輸入電流，保證了輸入電流的連續性，隨u相輸入電壓的升高，整流二極管D1因而成了正壓偏置而導通，產生輸入電流；在u相輸入電壓上升到最大值并下降到零期間，由于電抗器T的電感的續流的作用，電容C1被輸入電壓充電以及三相交流電路工作的對稱性，可保證電流的連續，電流不會有間斷現象，并且接近以正弦規律變化。
由于三相電路工作的對稱性，輸入三相電源的v相和w相及加至整流二極管D2、D3、D4、D5、及D6的工作過程也與之類似。這樣，只要電路參數與負載相協調和配套，就可以得到幾乎是正弦的三相輸入電流，有效地提高功率因數和抑制諧波。根據本實用新型的實施例所增加的三只電容器C1、C2、C3提供了整流輸入充電和貯能效應，而通過三相電抗器T的作用，一方面提高了功率因數，有效地抑制了諧波，同時使如附圖2種所示A、B、C之間線電壓波形接近于雙向矩形脈沖波形，從而減少了對直流母線電解電容的容量要求。
這樣，只要針對具體電路容量設計三相電抗器T和電容C1、C2、C3、C4、和C5的參數，就可以使諧波含量THD小于15％，功率因數亦可在額定負載時達到95％以上，從而實現本實用新型提出的效果。特別是，附圖2中所示的根據本實用新型的第一個實施例的電路中，該三相電抗器T的電抗值為18毫亨，電容器C1、C2、和C3的電容值均為20微法，直流母線電解電容C4和C5的電容值均為470微法，橋式整流電路的整流二極管D1、D2、D3、D4、D5、及D6選用三相整流橋堆IXYS.VU082-16N07，直流負載額定容量為6千瓦，達到了如下效果諧波含量小于12％，達到IEC EN 61000-3-2諧波限量標準；功率因數最高達到99.4％，在直流負載容量為3.6KW(60％額定容量)以上時，功率因數達到95％以上；在直流負載容量為1.5KW(25％額定容量)以上時，功率因數達到85％以上。
圖3是根據本實用新型的第二實施例的三相橋式整流裝置的電路圖。如圖3所示，與第一實施例相同，電網的380V，50HZ輸入交流電源的三相u、v、w分別與三相電抗器T連接。該三相電抗器T的三相輸出端A、B、C分別與形成橋式整流電路的串接的整流二極管D1與D4、D2與D5、以及D3與D6之間的節點連接。二極管D1、D2、和D3的公共陰極端節點P與串接的直流母線電解電容C4的一端連接，而二極管D4、D5、D6的公共陽極端節點N與電容C5的一端連接。并且，該三相電抗器T的三相輸出端A、B、C分別與電容C1、C2、C3的一端連接，而電容C1、C2、C3的另一端公共連接于結點D。與圖2所示的第一實施例不同的是，根據本實用新型的第二實施例在該P點和N點之間設置了與直流母線電解電容C4和C5并聯的二個串聯連接的電阻R1和R2。該電阻R1和R2之間的節點M與該電容C1、C2、和C3的結點D相連接，從而形成連線DM。最后，由節點P和N輸出向負載電路供電。
根據本實用新型的第二個實施例與圖2所示的第一個實施例比較，增加了電阻R1和R2，其目的在于控制直流母線電解電容C4和C5的輸出直流電壓的隨負載的波動范圍，使得直流母線電壓在預定范圍內變化，而同時仍然可以達到提高功率因數和抑制輸入諧波的目的和效果，優選地，根據本實用新型第二實施例電阻R1和R2均為50千歐，其它參數與實施例相同。
本實用新型的第三個實施例的三相橋式整流裝置的電路結構如圖4所示，在該圖中，凡與圖2的電路相同的元件均以相同標號表示。從圖4可以清楚地看出，除將其中的三相電抗器T改為三只單相電抗La、Lb、Lc以外(電感值可保持不便)，其他部分完全與圖2的電路結構相同。同樣可以達到本實用新型圖2的效果，只是結構緊湊性、體積和重量稍差。
根據本實用新型的第四個實施例的三相橋式整流裝置的電路結構如圖5所示，在該圖中，凡與圖2的電路相同的元件均以相同標號表示。從圖5可以清楚地看出，除在節點D和M之間接入了一個電感元件Ln以便限制注入電流以外，其他部分完全與圖1的電路結構相同。在節點D和M兩點之間接入該電感元件Ln的好處在于適當限制輸入電流，優選地，根據本實用新型的第四實施例的三相橋式整流裝置中的電感元件Ln電抗值為1.5毫亨。
另外，當然也可以如第三個實施例一樣，將其中的三相電抗器T換成三只單相電抗La、Lb、和Lc。
根據本實用新型的第五個實施例的三相橋式整流裝置的電路結構如圖6所示。在該圖中，凡與圖3的電路中相同的元件均以相同標號表示。從圖6可以清楚地看出，除在電阻R1和R2上并聯了兩個串接的電容C6和C7以外，完全與圖3的電路結構相同。在電阻R1和R2上并聯兩個串接的電容C6和C7為在一定負載條件下可以適當調整直流母線電壓，優選地，兩個串接的電容C6和C7的電容值為20微法。
經過理論研究和仿真計算，并得到實驗證實，采用本實用新型的三相橋式整流裝置具有如下效果1.在輸入線電流小于16A的情況下，可使諧波含量達到IECEN6100-3-2標準；而在輸入線電流大于16A的情況下，可抑制諧波含量THD≤15％；2.在25％額定負載以上的情況下，功率因素≥85％；在60％額定負載以上的情況下，功率因數達95％以上；3.可以抑制本實用新型的裝置內部或本實用新型的裝置與系統之間對電網的高頻電磁干擾(EMI)或諧波污染，同時又可對來自電網的諧波或畸變等干擾進行有效地防護和抑制；以及4.降低了對直流母線濾波電容的容量要求。
上面已經參照各附圖，詳細描述了本實用新型的最佳實施例，但是，不應認為本實用新型僅僅限于上述的各個實施例。本領域的技術人員，通過上述各實施例的啟迪，不難對根據本實用新型的三相橋式整流裝置作出各種改進、改變、或替換，因此，這些改進、改變、或替換，不應認為已脫離了本實用新型的構思或權利要求書所限定的范圍。
權利要求1.一種三相橋式整流裝置，包括三相橋式整流器組，所述三相橋式整流器組包括一對輸出端和三個輸入端；串聯連接的第一直流母線電容和第二直流母線電容，在所述串聯的第一負載電容和第二負載電容之間有一個中間節點，所述串聯的第一直流母線電容和第二直流母線電容連接在該三相橋式整流器組的一對輸出端上；所述三相整流裝置的特征在于還包括用于對三相輸入電源進行濾波處理并與后續電路配合而可提高功率因數的電抗裝置，所述電抗裝置分別連接在三相輸入電源和所述三相橋式整流器組的三個輸入端之間；以及用于配合電抗部件進行功率因數校正和抑制諧波的主要由三只無極性電容組成的中間電路，所述中間電路有三端并分別與所述三相橋式整流器組的三個輸入端連接，而另一端連接在所述串聯連接的第一直流母線電容和第二直流母線電容的中間節點處。
2.根據權利要求1所述的三相橋式整流裝置，其特征在于所述的電抗部件是一個三相電抗器。
3.根據權利要求1所述的三相橋式整流裝置，其特征在于所述的電抗部件是三個分離的單相電抗器。
4.根據權利要求2所述的三相橋式整流裝置，其特征在于所述的中間電路包括分別連接在所述三相電抗器和所述直流母線串聯電容的中間節點之間的三個分離的無極性電容。
5.根據權利要求3所述的三相橋式整流裝置，其特征在于所述的中間電路還包括一個連接在所述三個電容和所述直流母線串聯電容的中間節點之間的一個電感元件。
6.根據權利要求3所述的三相橋式整流裝置，其特征在于所述的整流裝置還包括用于直流母線濾波的阻抗部件，所述阻抗部件串連在所述三相橋式整流器的輸出端與直流母線電容之間。
7.根據權利要求5所述的三相橋式整流裝置，其特征在于所述的中間電路包括兩個串聯的電阻，而所述的中間電路的一端連接到所述兩個串聯的電阻的中間節點。
8.根據權利要求6所述的三相橋式整流裝置，其特征在于所述的中間電路包括兩個串聯電阻和兩個串聯電容，所述兩個串聯電阻和兩個串聯電容的中間節點相互連接，從而提供一個連接的中間節點。
專利摘要本實用新型涉及一種橋式整流裝置,該橋式整流裝置包括橋式整流器和與該整流器連接的直流母線電容,尤其包括連接在電源輸入端和整流器之間的電抗部件以及與電抗部件和母線電容之間連接的中間電路。根據本實用新型的橋式整流裝置提高了功率因數并降低了輸入諧波,從而使得在輸入線電流大于16A時的輸入電流的諧波含量THD≤15%,而在60%額定負載以上時的功率因數可達95%以上。根據本實用新型的橋式整流裝置能有效地抑制外部電源的干擾并降低對直流母線濾波電容的容量要求。
文檔編號H02M7/12GK2411616SQ9920892
公開日2000年12月20日 申請日期1999年4月29日 優先權日1999年4月29日
發明者朱賢龍, 齊勇 申請人:深圳市華為電氣股份有限公司