專利名稱：一種諧波轉移式三相諧波治理電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電路結構，具體是三相諧波治理電路。
背景技術：
由三相電網所提供的交流電一般情況下不能被用電設備直接使用，必須要將交流電整流成直流電后，再由半導體器件進行必要的變換，使之達到要求才能被利用。當功率超過一定程度后，就不能使用單相供電，以防止由于三相線電流不平衡導致供電事故。在三相電網供電時的交流轉直流電路中，必須使用到二極管(或可控硅等)進行整流，并且在二極管后端為了得到穩(wěn)定的電壓電流，還會使用電感電容濾波電路或純電容來平波。這樣，濾波電容的充放電電平與二極管的非線性工作會導致在三相電網中出現(xiàn)5次、7次等高次諧波電流，需要將其治理以免影響電網其它設備，并矯正功率因數(shù)，提高有功降低無功。目前有較多方法進行相關治理，包括三相分解成單相后進行升壓(BOOST)、降壓(Buck)等方式進行校正，也包括各種LC功率補償設備進行功率因數(shù)矯正和諧波治理，另外還有外接有源濾波器進行治理。其中，三相分解為單相模式是目前比較常用的一種方法，但它增加了一級高頻開關電路和串入儲能電感，利用儲能電感的充放磁能。由于高頻開關電路是三角波與方波組合的復雜波形，只要其中存在二極管等非線性器件，都會導致因為高頻電流與非線性器件構成混頻、差頻、和頻、倍頻等干擾，因此對遏制高頻電磁輻射發(fā)射、傳導發(fā)射的對外干擾控制困難。同時，三相分解為單相的模式必須要有可靠的零線，否則會因為三相電流、阻抗不平衡導致某相瞬間高壓而發(fā)生嚴重后果，僅能用于星形接法，而三角形接法由于沒有零線而不適用。針對三角形接法的電網，有專門設計的適用的三相分解模式，但是該模式使用跨相線連接，相對于星形接法需要選擇更高耐壓的元器件，因此增加成本、增加故障率、增加設備體積重量等。同時，三相分解法必須要在產品設計之初就被設計到整套系統(tǒng)中，無法使用于已經存在的原本未設計功率因素校正的設備。由于將三相分解為多路進行整流濾波，導致后續(xù)變換器要么跟著分成多路變換，并在輸出端進行均壓、均流合成設計所需的電壓電流，或者將多路整流濾波產生的直流電進行均流后再供給下一級電路進行必要的變換處理，均會帶來多路均壓均流、防止單路空載或過載的問題，也就意味著可靠性、抗干擾能力、穩(wěn)定性的下降。使用LC功率因數(shù)補償方法相對可靠性較高，可以在現(xiàn)有設備上追加或在新產品設計時添加，但是LC補償模式存在設備笨重、補償切換存在沖擊電流、沖擊電壓等不利因素?，F(xiàn)有的外接式有源濾波器必須采用獨立的供電電源，該電源必須足夠大以便支持后面的補償動作，該電源同樣也會產生諧波電流以及電磁兼容性問題；在檢測到線路電流諧波后，會從獨立的供電電源用脈沖方式向線路注入電流(電流偏大時注入反向電流，電流偏小時注入正向電流)，注入電流即是大小相同，相位相反的線路諧波電流；由于補償是用脈沖方式向電網注入，勢必產生嚴重的電磁干擾，加上補償?shù)臅r間差產生差拍頻率，使得電磁兼容問題非常突出
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有諧波治理電路的不足，提供一種結構簡單，損耗小、效果好的諧波轉移式三相諧波治理電路。本發(fā)明采用技術方案是；三相電網的輸出端各串接對應的阻抗保護電感器的一端，阻抗保護電感器的另一端各連接對應的三相全橋整流濾波電路的三個輸入端；6個相同的功率開關器件各自串聯(lián)一個反向保護二極管后并聯(lián)在阻抗保護電感器與三相全橋整流濾波電路的三個輸入端之間，每一相上并聯(lián)兩個串聯(lián)的功率開關器件和反向保護二極管；在阻抗保護電感器和三相電網的輸出端之間分別并聯(lián)各自對應的三個電流傳感器，電流傳感器的輸出端分別連接各自對應的帶通濾波器，帶通濾波器的輸出端分別接入PWM?！缞A，PWM模塊有6個輸出端，這6個輸出端分別連接6個功率開關器件的控制端；在PWM模塊內，每一相電流諧波信號被分割為正負兩個半周，分別各自獨立控制一個脈寬調制器，6路脈寬調制器輸出與諧波電流同頻的幅值成比例的信號，驅動6個功率開關器件；若其中一相的諧波電流增大，則對應的功率開關器件導通，將富余的諧波電流轉向其它相。本發(fā)明的有益效果是
I、只要調制器響應速度選擇適當、開關器件功率余量選擇正確，本發(fā)明可以適應任何功率級別、任何電網頻率的要求。2、由于諧波電流一般小于基頻電流的50%，故用本發(fā)明構成的電路在開關器件損耗上比三相分解模式功率因素校正電路損耗小，且本發(fā)明中的線路阻抗保護電感器起限流作用而非儲能作用，故損耗小，綜合效率比三相分解模式高。3、由于無論諧波電流大小，只要能被CT檢測到，就能被開關器件轉移掉，故本發(fā)明只有最大諧波電流限制，而沒有最小電流限制，從而自整個電路啟動開始，功率因素、諧波電流即可控，不會出現(xiàn)例如在有源分解校正模式下小電流小功率下校正失效、諧波電流過大，以及在無源LC模式下空載無功電流大的缺點。4、相對于外接式有源濾波器，本發(fā)明僅需一個功率很小的能滿足功率器件驅動的小功率輔助電源，無須額外的大功率輔助電源，成本更低，損耗更低。5、由于功率器件的工作電流就是諧波電流本身，所以本發(fā)明不會產生額外的大功率干擾源。6、由于本發(fā)明工作時使用的是模擬采樣、模擬控制，中間沒有數(shù)字信號處理過程，延時短、時效性高，排除軟件開關機、電路信息監(jiān)控外，完全可以在沒有處理器、沒有軟件的情況下正常運行。7、本發(fā)明可設計到新產品中使用，也可以額外附加在未加功率因素校正的設備中，以實現(xiàn)校正效果和抗諧波效果。


圖I是本發(fā)明諧波轉移式三相諧波治理電路的結構連接圖。
具體實施例方式如圖I所示，由二極管整流全橋FWB、濾波電感L-4和濾波電容Cl連接成一個普通的三相全橋整流濾波電路，該三相全橋整流濾波電路連接在負載的R-Ioad的兩端。三相電網的輸出端各串接對應的相同的線路阻抗保護電感器L-l、L-2、L-3的一端，阻抗保護電感器L-l、L-2、L-3的另一端分別連接對應的三相全橋整流濾波電路的三個輸入端。6個相同的功率開關器件Qf Q6各自串聯(lián)一個防反向保護二極管DfD6后并聯(lián)在阻抗保護電感器L-l、L-2、L-3與三相全橋整流濾波電路的三個輸入端之間。每一相上并聯(lián)兩個串聯(lián)的功率開關器件和二極管。功率開關器件QfQ6可以是任何一種符合耐壓、電流、功率、開關速度的器件，為自帶驅動，如MOS管、IGBT、三極管等功率器件。二極管Df D6用于防止功率開關器件承受反向電壓損壞。阻抗保護電感器L-l、L-2、L-3的作用是隔離外網的諧波電流，防止外網的諧波電流被治理而導致功率器件Qf Q6過載，以及防止相間瞬間短路。同時隔離電路產生的高頻干擾，防止電磁兼容性能劣化，其具體參數(shù)則可依據實際電路的需要確定。在阻抗保護電感器L-l、L-2、L-3和三相電網的輸出端之間的線路上分別并聯(lián)各自對應的三個電流傳感器CT-l、CT-2、CT-3，用于感應和檢測線路上線路上的諧波電流，它們并聯(lián)在三相線路L-l、L-2、L-3與負載之間的線路上感應線路電流。三個電流傳感器CT-1、CT-2、CT-3的輸出端分別連接各自對應的諧波電流帶通濾波器FI、F2、F3，諧波電流帶通濾波器Fl、F2、F3可以是無源LC濾波器、陶瓷濾波器、也可以是包括但不限于帶放大器的有源濾波器等，不限定其類型和工作模式，僅需確保具備高階帶通濾波性能，并保證頻帶內幅值失真度、延時盡可能小。帶通濾波器F1、F2、F3的輸出端分別接入PWM模塊。PWM模塊為一個綜合功能模塊，完成控制功能，至少具有3個輸入端和6個輸出端,3個輸入端連接帶通濾波器F1、F2、F3的輸出端，6個輸出端分別連接分別接6個功率開關器件Qf Q6的控制端。本發(fā)明工作時，二極管整流全橋FWB、濾波電感L-4和濾波電容Cl從對應的阻抗保護電感器L-l、L-2、L-3接收電流并完成整流、濾波后為負載R-Ioad提供直流電流。此時，由于二極管整流全橋FWB、濾波電感L-4和濾波電容Cl的作用，阻抗保護電感器L-l、L-2、L3后端產生了諧波電流，諧波電流主要集中在5次、7次、11次、13次、17次、n次等高于工頻的部分；該諧波電流和工頻電流被三個對應的電流傳感器CT-l、CT-2、CT-3采集到，轉化為幅值成比例，頻率波形一致的電壓信號。三個電流傳感器CT-l、CT-2、CT-3輸出的電壓信號，分別經過對應三個帶通濾波器FI、F2、F3后，工頻部分被隔離，高于工頻一定倍數(shù)的高頻信號也被隔離，僅有必須治理的諧波信號可以通過。三個帶通濾波器F1、F2、F3輸出的信號被送到PWM模塊，在該PWM模塊內，每一相電流諧波信號被分割為正負兩個半周，分別各自獨立控制一個脈寬調制器，使得6路脈寬調制器能輸出與諧波電流同頻的幅值成比例的信號。PWM模塊輸出的信號，經過放大、隔離后驅動6個功率開關器件Qf Q6，此時，6個功率開關器件QfQ6導通，脈寬比例與諧波電流一致，實現(xiàn)諧波電流向其它相轉移的目的；
所謂的諧波電流，實質上可以理解在基頻的正弦波波形上增加或減少了一些電流。以A相為例，當A相上沒有電流時，電流傳感器CT-I沒有檢測到異常，對應的帶通濾波器Fl也不會有輸出，PWM模塊部分也不會給功率開關器件Qf Q6驅動。當A相存在電流后，電流傳感器CT-I檢測到相應的電流并轉化為對應的信號，經過帶通濾波器Fl濾波后，獲得頻率高于基頻的信號，該信號被PWM模塊轉化為對功率開關器件Qf Q6的驅動。此時，如果A相諧波電流是增大趨勢，則功率開關器件Ql導通，將富余的諧波電流轉向B相(如果此時B相電位低于A相),或者功率開關器件Q6導通,將富余的諧波電流轉向C相(如果此時C相電位低于A相)。如果此時A相諧波電流是減小趨勢的，則功率開關器件Q4導通，從B相將富余的諧波電流轉向A相(如果此時B相電位高于A相)，或者功率開關器件Q5導通，將富余的諧波電流轉向C相(如果此時C相電位高于A相)。在設計PWM模塊時，設法錯開對功率開關器件Qf Q6的導通時序，避免瞬態(tài)6個管全部開通，加之阻抗保護電感器L-l、L-2、L-3的限制保護，就能有效地將諧波電流從各相轉移到其它相，其中能量并不會損失。當回路中的諧波電流消失或者很小的時候，功率因素自然就升高，再加之阻抗保護電感器L-l、L-2、L-3的電壓滯后作用，經過合理搭配和計算，理想狀態(tài)下功率因素可以達到1.000。本發(fā)明僅對高于基頻，低于設定頻率的諧波進行轉移，實際流過電流較小，開關器件壓降引起的損耗也很小。
權利要求
1 .一種諧波轉移式三相諧波治理電路，三相電網的輸出端各串接對應的阻抗保護電感器的一端，阻抗保護電感器的另一端各連接對應的三相全橋整流濾波電路的三個輸入端；其特征是6個相同的功率開關器件各自串聯(lián)一個反向保護二極管后并聯(lián)在阻抗保護電感器與三相全橋整流濾波電路的三個輸入端之間，每一相上并聯(lián)兩個串聯(lián)的功率開關器件和反向保護二極管；在阻抗保護電感器和三相電網的輸出端之間分別并聯(lián)各自對應的三個電流傳感器，電流傳感器的輸出端分別連接各自對應的帶通濾波器，帶通濾波器的輸出端分別接入PWM模塊，PWM模塊有6個輸出端，這6個輸出端分別連接6個功率開關器件的控制端；在PWM模塊內，每一相電流諧波信號被分割為正負兩個半周，分別各自獨立控制一個脈寬調制器，6路脈寬調制器輸出與諧波電流同頻的幅值成比例的信號，驅動6個功率開關器件；若其中一相的諧波電流增大，則對應的功率開關器件導通，將富余的諧波電流轉向其它相。
全文摘要
本發(fā)明公開一種諧波轉移式三相諧波治理電路，三相電網輸出端各串接對應的阻抗保護電感器一端，阻抗保護電感器另一端各連接對應的三相全橋整流濾波電路三個輸入端；6個相同功率開關器件各自串聯(lián)一個反向保護二極管后并聯(lián)在阻抗保護電感器與三相全橋整流濾波電路三個輸入端之間，每一相上并聯(lián)兩個串聯(lián)的功率開關器件和二極管；在阻抗保護電感器和三相電網輸出端之間分別并聯(lián)各自對應的三個電流傳感器，電流傳感器輸出端分別連接各自對應的帶通濾波器，帶通濾波器輸出端接入PWM模塊，PWM模塊6個輸出端分別連接6個功率開關器件的控制端；若其中一相的諧波電流增大，則對應的功率開關器件導通，將富余的諧波電流轉向其它相。
文檔編號H02J3/01GK102983571SQ20121050466
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權日2012年12月3日
發(fā)明者秦軍 申請人:江蘇嘉鈺新能源技術有限公司