專利名稱：一種采用阻抗耦合的三相整流橋有源電力濾波電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有源電力濾波器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種并聯(lián)型有源電力濾波器。
背景技術(shù)：
三相整流橋是電力系統(tǒng)中使用非常廣泛的負(fù)載，也是對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生諧波的一種主要的諧波源。對(duì)三相整流橋進(jìn)行諧波治理，功率因數(shù)校正電路和有源電力濾波電路是目前采用的兩種主要方案。功率因數(shù)校正電路需要處理全部負(fù)載功率，有源電力濾波器目前都并聯(lián)在交流側(cè)，兩種方案均用到較多的高頻有源開關(guān)，電路成本較高，其實(shí)際應(yīng)用均受到限制。
在整流橋直流側(cè)并聯(lián)有源電力濾波電路，在高壓直流輸電、特種電源等領(lǐng)域得到應(yīng)用，但目前所用的這種直流側(cè)有源電力濾波電路均是為了濾除整流橋輸出直流電壓和電流的紋波，并不對(duì)交流側(cè)輸出電流諧波進(jìn)行抑制，用于整流橋輸入端電流諧波治理的采用阻抗耦合的整流橋有源濾波電路尚無報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是提供一種電路簡(jiǎn)單、成本相對(duì)較低、并能夠?qū)θ嗾鳂蜇?fù)載進(jìn)行諧波治理的并聯(lián)型有源電力濾波電路。
本發(fā)明的第二目的是提供一種適用于上述并聯(lián)型有源電力濾波電路的控制電路。
為達(dá)到第一發(fā)明目的，本發(fā)明提供技術(shù)方案是一種采用阻抗耦合的三相整流橋有源電力濾波電路。該濾波電路包括雙向升壓型功率變換器、阻抗網(wǎng)絡(luò)和控制電路。本發(fā)明的雙向升壓型功率變換器有兩個(gè)，它們各自分別由依次串聯(lián)的各一個(gè)電感、各一個(gè)功率開關(guān)管和各一個(gè)電容、以及在該電感和功率開關(guān)管的連接處各又分接了另一個(gè)功率開關(guān)管的電路構(gòu)成。這兩個(gè)雙向升壓型功率變換器通過把兩個(gè)電容、兩個(gè)分接的功率開關(guān)管連接在一個(gè)公共連接點(diǎn)上而串聯(lián)在一起。該公共連接點(diǎn)通過三個(gè)阻抗構(gòu)成的阻抗網(wǎng)絡(luò)與三相整流橋的交流側(cè)及交流電網(wǎng)連接，這兩個(gè)串聯(lián)的雙向升壓型功率變換器位于兩個(gè)電感一側(cè)的輸入端分別連接在三相整流橋直流側(cè)的正負(fù)輸出端上。
為達(dá)到第二發(fā)明目的，本發(fā)明提供這樣一個(gè)用于本三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器的控制電路。該控制電路包括，兩個(gè)串接在三相整流橋直流側(cè)正、負(fù)輸出端的各一個(gè)電流傳感器、兩個(gè)跨接在整流橋的正負(fù)輸出端和電網(wǎng)公共端、與串聯(lián)的兩個(gè)電容并聯(lián)或者與其中任意一個(gè)電容并聯(lián)的各一個(gè)電壓取樣電路、和與兩個(gè)電流傳感器的輸出端、兩個(gè)電壓取樣電路的輸出端連接的一個(gè)控制與驅(qū)動(dòng)單元，該控制與驅(qū)動(dòng)單元的輸出端分別與四個(gè)功率開關(guān)管連接以用于驅(qū)動(dòng)它們。
本發(fā)明的優(yōu)越性如下1、本發(fā)明特別適合于針對(duì)三相整流橋負(fù)載的諧波治理。
在用于抑制整流橋前端注入電網(wǎng)的諧波電流時(shí)，能使整個(gè)整流橋裝置從電網(wǎng)吸收的電流接近正弦波，功率因數(shù)近似為1。與傳統(tǒng)的交流側(cè)有源電力濾波器相比，可以減少高頻有源開關(guān)的數(shù)量，因此，電路相對(duì)簡(jiǎn)單、成本也相對(duì)較低；與功率因數(shù)校正器相比，本發(fā)明僅處理負(fù)載電流中的諧波分量，處理的電流更小，可以減小諧波治理裝置的額定容量，也大大地降低了成本。
2、由于本發(fā)明將傳統(tǒng)的有源電力濾波器移到三相整流橋的直流側(cè)，該直流側(cè)APF只需在電壓電流兩個(gè)象限運(yùn)行，因此可以使本發(fā)明的直流側(cè)APF電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，具有處理功率小、所用有源開關(guān)數(shù)量少的優(yōu)勢(shì)，成本大大降低，使之能在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1——阻抗耦合的三相整流橋有源電力濾波電路原理2——阻抗耦合的三相整流橋有源電力濾波控制電路原理3——三相電壓區(qū)間劃分4——區(qū)間II等效電路5——一種阻抗網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方式示意6a——未加直流側(cè)有源電力濾波器的a相輸入電流波形6b——未加直流側(cè)有源電力濾波器的b相輸入電流波形6c——未加直流側(cè)有源電力濾波器的c相輸入電流波形7a——加直流側(cè)有源電力濾波器后的a相輸入電流波形7b——加直流側(cè)有源電力濾波器后的b相輸入電流波形7c——加直流側(cè)有源電力濾波器后的c相輸入電流波形7d——加直流側(cè)有源電力濾波器后的補(bǔ)償電感L1的電流波形7e——加直流側(cè)有源電力濾波器后的補(bǔ)償電感L2的電流波形7f——加直流側(cè)有源電力濾波器后的阻抗網(wǎng)絡(luò)公共端輸入電流波形圖具體實(shí)施方式
一種采用阻抗耦合的三相整流橋有源電力濾波電路(參考圖1)。該濾波電路包括帶有功率開關(guān)管的雙向升壓型功率變換器、阻抗網(wǎng)絡(luò)和控制電路。在本發(fā)明中，雙向升壓型功率變換器有兩個(gè)，它們各自分別由依次串聯(lián)的各一個(gè)電感(L1、L2)、各一個(gè)功率開關(guān)管(Sp2、Sn2)和各一個(gè)電容(Cp、Cn)、以及在該電感(L1、L2)和該功率開關(guān)管(Sp2、Sn2)的連接處各又分接了另一個(gè)功率開關(guān)管(Sp1、Sn1)的電路構(gòu)成。這兩個(gè)雙向升壓型功率變換器通過把兩個(gè)電容(Cp、Cn)、兩個(gè)分接的功率開關(guān)管(Sp1、Sn1)連接在一個(gè)公共連接點(diǎn)上而串聯(lián)在一起；該公共連接點(diǎn)通過三個(gè)阻抗(Za、Zb、Zc)與三相整流橋ZLQ的交流側(cè)及交流電網(wǎng)DW連接。這兩個(gè)串聯(lián)的雙向升壓型功率變換器DCAPF位于兩個(gè)電感(L1、L2)一側(cè)的輸入端分別連接在所述三相整流橋ZLQ直流側(cè)的正負(fù)輸出端上。
三個(gè)阻抗(Za、Zb、Zc)有多種實(shí)現(xiàn)方式，而本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式、或者進(jìn)一步的特征是，其中的阻抗網(wǎng)絡(luò)由三個(gè)阻抗連接成星型接法構(gòu)成，流進(jìn)該阻抗網(wǎng)絡(luò)的總電流被三個(gè)阻抗支路均分。也就是說，三個(gè)阻抗的阻抗值相等(參考圖5)。圖5中的三個(gè)變壓器(T1、T2、T3)具有相同的變比，三個(gè)變壓器的一側(cè)采用三角形接法，另一側(cè)采用星型接法，便實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明中所需要的阻抗網(wǎng)絡(luò)。
顯然，所謂的交流電網(wǎng)DW可為市電電源，也可為發(fā)電機(jī)的輸出。本領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚，根據(jù)其它條件或需要，其中的兩個(gè)電感(L1、L2)的值可以相等的，也可以不相等的。
上述三相整流橋直流側(cè)并聯(lián)型有源電力濾波器，可以用現(xiàn)有的且與其適應(yīng)的控制電路來對(duì)其控制與驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管。也可以專為它設(shè)置更加適應(yīng)的控制電路，本發(fā)明控制電路就是其中之一。該控制電路(參考圖2)包括，兩個(gè)串接在三相整流橋ZLQ直流側(cè)正、負(fù)輸出端的各一個(gè)電流傳感器(CT1、CT2)、與串聯(lián)的兩個(gè)電容(Cp、Cn)并聯(lián)或者與其中任意一個(gè)電容(Cp或Cn)并聯(lián)的電壓取樣電路PT(由于顯見，省略了電壓取樣電路PT與任意一個(gè)電容(Cp或Cn)并聯(lián)的附圖)、跨接在三相整流橋ZLQ的正負(fù)輸出端和電網(wǎng)公共端的電壓取樣電路PT1、和與兩個(gè)電流傳感器(CT1、CT2)的輸出端、兩個(gè)電壓取樣電路(PT和PT1)的輸出端連接的一個(gè)控制與驅(qū)動(dòng)單元KZQDDY，該控制與驅(qū)動(dòng)單元KZQDDY的輸出端分別與四個(gè)功率開關(guān)管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)連接以用于驅(qū)動(dòng)它們。
下面結(jié)合上述具體實(shí)施方式
披露的電路，對(duì)其諧波治理過程作進(jìn)一步的介紹。
在每個(gè)電網(wǎng)上頻周期內(nèi)分成6個(gè)區(qū)間(參考圖3)。在任意一個(gè)區(qū)間內(nèi)，交流電網(wǎng)DW、三相整流橋ZLQ以及并聯(lián)型直流側(cè)有源電力濾波器可以等效為兩個(gè)串聯(lián)連接的雙向升壓型功率變換器(參考圖4，該圖僅繪制出了在區(qū)間II的等效電路圖)，在圖4所示的電路中，各電流量滿足如下關(guān)系ia＝ip-iah(1)ib＝-ibh(2)ic＝-in-ich(3)而ih＝ip-in(4)由于三相三線制系統(tǒng)，所以ia+ib+ic＝0 (5)由于進(jìn)一步特征中的三個(gè)阻抗Za、Zb、Zc的電流被均分，即iah=ibh=ich=13ih---(6)]]>聯(lián)立(1)-(6)，得到
ip＝ia-ib(7)in＝ib-ic(8)從(7)、(8)兩式可以看出，采用合適的控制方式來控制功率開關(guān)管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)的通斷情況，控制整流橋直流側(cè)電流ip、in便可實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，達(dá)到諧波治理的目的。
通過電流傳感器(CT1、CT2)分別取得三相整流橋ZLQ輸出端的電流信號(hào)，電壓取樣電路PT取得直流側(cè)電容(Cp、Cn或Cp或Cn)的電壓信號(hào)，電壓取樣電路PT1取得整流橋正負(fù)端的電壓信號(hào)，控制與驅(qū)動(dòng)單元KZQDDY可采用PWM控制方式產(chǎn)生各雙向功率開關(guān)管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)的控制信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)本發(fā)明濾波電路中的功率開關(guān)管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)的通斷，實(shí)現(xiàn)諧波治理的功能。
圖6a、圖6b、圖6c分別是未接入本發(fā)明濾波器的a、b、c三相的輸入電流(ia、ib、ic)波形圖。從三個(gè)波形圖中可以看出，其輸入電流波形接近方波，其中含有大量的諧波分量。圖7a、圖7b、圖7c是接入本發(fā)明的濾波器后的a、b、c相輸入電流(ia、ib、ic)波形圖。從對(duì)比的波形圖后不難發(fā)現(xiàn)，治理后的a、b、c相輸入電流(ia、ib、ic)已經(jīng)十分接近正弦波了，它們的功率因數(shù)近似為1。圖7d、圖7e、圖7f分別是接入本發(fā)明的濾波器后的補(bǔ)償電感L1、L2的電流[i(L1)、i(L2)]和阻抗網(wǎng)絡(luò)公共端的電流波形圖。從后三個(gè)波形圖中可以看出從諧波治理成正弦波的變化過程。
本發(fā)明只需要四個(gè)功率開關(guān)管，可以使得三相整流橋諧波治理裝置的成本降低，補(bǔ)償容量減小。本發(fā)明中電感、電容及其各功率開關(guān)管的選擇與現(xiàn)有濾波器選擇的原則相同，故具體參數(shù)沒有披露。
權(quán)利要求
1.一種采用阻抗耦合的三相整流橋有源電力濾波電路，該濾波電路包括帶有功率開關(guān)管的雙向升壓型功率變換器、阻抗網(wǎng)絡(luò)和控制電路，其特征在于，所述的雙向升壓型功率變換器有兩個(gè)，它們各自分別由依次串聯(lián)的各一個(gè)電感(L1、L2)、各一個(gè)功率開關(guān)管(Sp2、Sn2)和各一個(gè)電容(Cp、Cn)、以及在該電感(L1、L2)和該功率開關(guān)管(Sp2、Sn2)的連接處各又分接了另一個(gè)功率開關(guān)管(Sp1、Sn1)的電路構(gòu)成；這兩個(gè)雙向升壓型功率變換器通過把兩個(gè)電容(Cp、Cn)、兩個(gè)分接的功率開關(guān)管(Sp1、Sn1)連接在一個(gè)公共連接點(diǎn)上而串聯(lián)在一起，該公共連接點(diǎn)通過所述的阻抗網(wǎng)絡(luò)與三相整流橋(ZLQ)的交流側(cè)及交流電網(wǎng)(DW)連接，這兩個(gè)串聯(lián)的雙向升壓型功率變換器(DCAPF)位于兩個(gè)電感(L1、L2)一側(cè)的輸入端分別連接在所述三相整流橋(ZLQ)直流側(cè)的正負(fù)輸出端上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用阻抗耦合的三相整流橋有源電力濾波電路，其特征在于，所述的阻抗網(wǎng)絡(luò)由三個(gè)阻抗連接成星型接法構(gòu)成，流進(jìn)該阻抗網(wǎng)絡(luò)的總電流被三個(gè)阻抗支路均分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用阻抗耦合的三相整流橋有源電力濾波電路，其特征在于，所述控制電路包括，兩個(gè)串接在所述三相整流橋(ZLQ)直流側(cè)正、負(fù)輸出端的各一個(gè)電流傳感器(CT1、CT2)、與所述串聯(lián)的兩個(gè)電容(Cp、Cn)并聯(lián)或者與其中任意一個(gè)電容(Cp或Cn)并聯(lián)的電壓取樣電路(PT)、與所述電網(wǎng)(DW)公共端以及三相整流橋(ZLQ)的正負(fù)輸出端跨接的電壓取樣電路(PT1)，和與兩個(gè)電流傳感器(CT1、CT2)的輸出端、兩個(gè)電壓取樣電路(PT和PT1)的輸出端連接的一個(gè)控制與驅(qū)動(dòng)單元(KZQDDY)，該控制與驅(qū)動(dòng)單元(KZQDDY)的輸出端分別與四個(gè)功率開關(guān)管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)連接以用于驅(qū)動(dòng)它們。
全文摘要
一種采用阻抗耦合的三相整流橋有源電力濾波電路。該濾波電路包括電容、電感、四個(gè)功率開關(guān)管和阻抗網(wǎng)絡(luò)。其中阻抗網(wǎng)絡(luò)連接在三相整流橋的三個(gè)輸入端，由電容、電感和四個(gè)功率開關(guān)管構(gòu)成的兩個(gè)串聯(lián)的雙向升壓型功率變換器并聯(lián)在整流橋的直流側(cè)。本發(fā)明特別適合于針對(duì)三相整流橋負(fù)載的諧波治理。與傳統(tǒng)的交流側(cè)有源電力濾波器相比，本發(fā)明減少了有源開關(guān)的數(shù)量；與功率因數(shù)校正器相比，本發(fā)明僅處理負(fù)載電流中的諧波分量，處理的電流更小，可以減小諧波治理裝置的額定容量，也大大地降低了成本。
文檔編號(hào)H02M1/14GK1988339SQ20061009539
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月31日
發(fā)明者杜雄, 周雒維, 盧偉國(guó), 羅全明, 侯世英 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)