專利名稱：一種諧波轉(zhuǎn)移式三相諧波治理電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電路結(jié)構(gòu)，具體是三相諧波治理電路。
背景技術(shù)：
由三相電網(wǎng)所提供的交流電一般情況下不能被用電設(shè)備直接使用，必須要將交流電整流成直流電后，再由半導(dǎo)體器件進(jìn)行必要的變換，使之達(dá)到要求才能被利用。當(dāng)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(dǎo)致供電事故。在三相電網(wǎng)供電時(shí)的交流轉(zhuǎn)直流電路中，必須使用到二極管(或可控硅等)進(jìn)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(dǎo)致在三相電網(wǎng)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(wǎng)其它設(shè)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(jìn)行相關(guān)治理，包括三相分解成單相后進(jìn)行升壓(BOOST)、降壓(Buck)等方式進(jìn)行校正，也包括各種LC功率補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)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(jìn)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(guān)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(guān)電路是三角波與方波組合的復(fù)雜波形，只要其中存在二極管等非線性器件，都會導(dǎo)致因?yàn)楦哳l電流與非線性器件構(gòu)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(dǎo)發(fā)射的對外干擾控制困難。同時(shí)，三相分解為單相的模式必須要有可靠的零線，否則會因?yàn)槿嚯娏?、阻抗不平衡?dǎo)致某相瞬間高壓而發(fā)生嚴(yán)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(wǎng)，有專門設(shè)計(jì)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(shè)備體積重量等。同時(shí)，三相分解法必須要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初就被設(shè)計(jì)到整套系統(tǒng)中，無法使用于已經(jīng)存在的原本未設(shè)計(jì)功率因素校正的設(shè)備。由于將三相分解為多路進(jìn)行整流濾波，導(dǎo)致后續(xù)變換器要么跟著分成多路變換，并在輸出端進(jìn)行均壓、均流合成設(shè)計(jì)所需的電壓電流，或·者將多路整流濾波產(chǎn)生的直流電進(jìn)行均流后再供給下一級電路進(jìn)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(bǔ)償方法相對可靠性較高，可以在現(xiàn)有設(shè)備上追加或在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)添加，但是LC補(bǔ)償模式存在設(shè)備笨重、補(bǔ)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(dú)立的供電電源，該電源必須足夠大以便支持后面的補(bǔ)償動作，該電源同樣也會產(chǎn)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(dú)立的供電電源用脈沖方式向線路注入電流(電流偏大時(shí)注入反向電流，電流偏小時(shí)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(bǔ)償是用脈沖方式向電網(wǎng)注入，勢必產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾，加上補(bǔ)償?shù)臅r(shí)間差產(chǎn)生差拍頻率，使得電磁兼容問題非常突出。
發(fā)明內(nèi)容[0004]本實(shí)用新型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(jié)構(gòu)簡單，損耗小、效果好的諧波轉(zhuǎn)移式三相諧波治理電路。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是；三相電網(wǎng)的輸出端各串接對應(yīng)的阻抗保護(hù)電感器的一端，阻抗保護(hù)電感器的另一端各連接對應(yīng)的三相全橋整流濾波電路的三個(gè)輸入端；6個(gè)相同的功率開關(guān)器件各自串聯(lián)一個(gè)反向保護(hù)二極管后并聯(lián)在阻抗保護(hù)電感器與三相全橋整流濾波電路的三個(gè)輸入端之間，每一相上并聯(lián)兩個(gè)串聯(lián)的功率開關(guān)器件和反向保護(hù)二極管；在阻抗保護(hù)電感器和三相電網(wǎng)的輸出端之間分別并聯(lián)各自對應(yīng)的三個(gè)電流傳感器，電流傳感器的輸出端分別連接各自對應(yīng)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(gè)輸出端，這6個(gè)輸出端分別連接6個(gè)功率開關(guān)器件的控制端；在PWM模塊內(nèi)，每一相電流諧波信號被分割為正負(fù)兩個(gè)半周，分別各自獨(dú)立控制一個(gè)脈寬調(diào)制器，6路脈寬調(diào)制器輸出與諧波電流同頻的幅值成比例的信號，驅(qū)動6個(gè)功率開關(guān)器件；若其中一相的諧波電流增大，則對應(yīng)的功率開關(guān)器件導(dǎo)通，將富余的諧波電流轉(zhuǎn)向其它相。本實(shí)用新型的有益效果是:1、只要調(diào)制器響應(yīng)速度選擇適當(dāng)、開關(guān)器件功率余量選擇正確，本實(shí)用新型可以適應(yīng)任何功率級別、任何電網(wǎng)頻率的要求。2、由于諧波電流一般小于基頻電流的50%，故用本實(shí)用新型電路在開關(guān)器件損耗上比三相分解模式功率因素校正電路損耗小，且本實(shí)用新型中的線路阻抗保護(hù)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(guān)器件轉(zhuǎn)移掉，故本實(shí)用新型只有最大諧 波電流限制，而沒有最小電流限制，從而自整個(gè)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(diǎn)。4、相對于外接式有源濾波器，本實(shí)用新型僅需一個(gè)功率很小的能滿足功率器件驅(qū)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，所以本實(shí)用新型不會產(chǎn)生額外的大功率干擾源。6、由于本實(shí)用新型工作時(shí)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(shí)短、時(shí)效性高，排除軟件開關(guān)機(jī)、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(yùn)行。7、本實(shí)用新型可設(shè)計(jì)到新產(chǎn)品中使用，也可以額外附加在未加功率因素校正的設(shè)備中，以實(shí)現(xiàn)校正效果和抗諧波效果。

圖1是本實(shí)用新型諧波轉(zhuǎn)移式三相諧波治理電路的結(jié)構(gòu)連接圖。
具體實(shí)施方式
如圖1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(gè)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(fù)載的R-1oad的兩端。三相電網(wǎng)的輸出端各串接對應(yīng)的相同的線路阻抗保護(hù)電感器L-l、L-2、L-3的一端，阻抗保護(hù)電感器L-l、L-2、L-3的另一端分別連接對應(yīng)的三相全橋整流濾波電路的三個(gè)輸入端。6個(gè)相同的功率開關(guān)器件Qf Q6各自串聯(lián)一個(gè)防反向保護(hù)二極管DfD6后并聯(lián)在阻抗保護(hù)電感器L-l、L-2、L-3與三相全橋整流濾波電路的三個(gè)輸入端之間。每一相上并聯(lián)兩個(gè)串聯(lián)的功率開關(guān)器件和二極管。功率開關(guān)器件QfQ6可以是任何一種符合耐壓、電流、功率、開關(guān)速度的器件，為自帶驅(qū)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(guān)器件承受反向電壓損壞。阻抗保護(hù)電感器L-l、L-2、L-3的作用是隔離外網(wǎng)的諧波電流，防止外網(wǎng)的諧波電流被治理而導(dǎo)致功率器件Qf Q6過載，以及防止相間瞬間短路。同時(shí)隔離電路產(chǎn)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(jù)實(shí)際電路的需要確定。在阻抗保護(hù)電感器L-l、L-2、L-3和三相電網(wǎng)的輸出端之間的線路上分別并聯(lián)各自對應(yīng)的三個(gè)電流傳感器CT-l、CT-2、CT-3，用于感應(yīng)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(fù)載之間的線路上感應(yīng)線路電流。三個(gè)電流傳感器CT-1、CT-2、CT-3的輸出端分別連接各自對應(yīng)的諧波電流帶通濾波器F1、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(nèi)幅值失真度、延時(shí)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(gè)綜合功能模塊，完成控制功能，至少具有3個(gè)輸入端和6個(gè)輸出端,3個(gè)輸入端連接帶通濾波器F1、F2、F3的輸出端，6個(gè)輸出端分別連接分別接6個(gè)功率開關(guān)器件Qf Q6的控制端。本實(shí)用新型工作時(shí)，二極管整流全橋FWB、濾波電感L-4和濾波電容Cl從對應(yīng)的阻抗保護(hù)電感器L-l、L-2、L-3接收電流并完成整流、濾波后為負(fù)載R-1oad提供直流電流。此時(shí)，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(hù)電感器L-1、L-2、L3后端產(chǎn)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(gè)對應(yīng)的電流傳感器CT-l、CT-2、CT-3采集到，轉(zhuǎn)化為幅值成比例，頻率波形一致的電壓信號。三個(gè)電流傳感器CT-l、CT-2、CT-3輸出的電壓信號，分別經(jīng)過對應(yīng)三個(gè)帶通濾波器F1、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(gè)帶通濾波器F1、F2、F3輸出的信號被送到PWM模塊，在該P(yáng)WM模塊內(nèi)，每一相電流諧波信號被分割為正負(fù)兩個(gè)半周，分別各自獨(dú)立控制一個(gè)脈寬調(diào)制器，使得6路脈寬調(diào)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(jīng)過放大、隔離后驅(qū)動6個(gè)功率開關(guān)器件Ql、6，此時(shí)，6個(gè)功率開關(guān)器件Qf Q6導(dǎo)通，脈寬比例與諧波電流一致，實(shí)現(xiàn)諧波電流向其它相轉(zhuǎn)移的目的；所謂的諧波電流，實(shí)質(zhì)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(dāng)A相上沒有電流時(shí)，電流傳感器CT-1沒有檢測到異常，對應(yīng)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(guān)器件Qf Q6驅(qū)動。當(dāng)A相存在電流后，電流傳感器CT-1檢測到相應(yīng)的電流并轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的信號，經(jīng)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(zhuǎn)化為對功率開關(guān)器件Qf Q6的驅(qū)動。此時(shí)，如果A相諧波電流是增大趨勢，則功率開關(guān)器件Ql導(dǎo)通，將富余的諧波電流轉(zhuǎn)向B相(如果此時(shí)B相電位低于A相)，或者功率開關(guān)器件Q6導(dǎo)通，將富余的諧波電流轉(zhuǎn)向C相(如果此時(shí)C相電位低于A相)。如果此時(shí)A相諧波電流是減小趨勢的，則功率開關(guān)器件Q4導(dǎo)通，從B相將富余的諧波電流轉(zhuǎn)向A相(如果此時(shí)B相電位高于A相)，或者功率開關(guān)器件Q5導(dǎo)通，將富余的諧波電流轉(zhuǎn)向C相(如果此時(shí)C相電位高于A相)。在設(shè)計(jì)PWM模塊時(shí)，設(shè)法錯(cuò)開對功率開關(guān)器件QfQ6的導(dǎo)通時(shí)序，避免瞬態(tài)6個(gè)管全部開通，加之阻抗保護(hù)電感器L-l、L-2、L-3的限制保護(hù)，就能有效地將諧波電流從各相轉(zhuǎn)移到其它相，其中能量并不會損失。當(dāng)回路中的諧波電流消失或者很小的時(shí)候，功率因素自然就升高，再加之阻抗保護(hù)電感器L-1、L-2、L-3的電壓滯后作用，經(jīng)過合理搭配和計(jì)算，理想狀態(tài)下功率因素可以達(dá)到1.000。本實(shí)用新型僅對高于基頻，低于設(shè)定頻率的諧波進(jìn)行轉(zhuǎn)移，實(shí)際流過電流較小，開關(guān)器件壓降引起的損耗也很小。·
權(quán)利要求1.一種諧波轉(zhuǎn)移式三相諧波治理電路，三相電網(wǎng)的輸出端各串接對應(yīng)的阻抗保護(hù)電感器的一端，阻抗保護(hù)電感器的另一端各連接對應(yīng)的三相全橋整流濾波電路的三個(gè)輸入端；其特征是:6個(gè)相同的功率開關(guān)器件各自串聯(lián)一個(gè)反向保護(hù)二極管后并聯(lián)在阻抗保護(hù)電感器與三相全橋整流濾波電路的三個(gè)輸入端之間，每一相上并聯(lián)兩個(gè)串聯(lián)的功率開關(guān)器件和反向保護(hù)二極管；在阻抗保護(hù)電感器和三相電網(wǎng)的輸出端之間分別并聯(lián)各自對應(yīng)的三個(gè)電流傳感器，電流傳感器的輸出端分別連接各自對應(yīng)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(gè)輸出端，這6個(gè)輸出端分別連接6個(gè)功率開關(guān)器件的控制端；在PWM模塊內(nèi)，每一相電流諧波信號被分割為正負(fù)兩個(gè)半周，分別各自獨(dú)立控制一個(gè)脈寬調(diào)制器，6路脈寬調(diào)制器輸出與諧波電流同頻的幅值成比例的信號，驅(qū)動6個(gè)功率開關(guān)器件；若其中一相的諧波電流增大，則對應(yīng)的功率開關(guān)器件導(dǎo)通，將富余的諧波電流轉(zhuǎn)向其它相 。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種諧波轉(zhuǎn)移式三相諧波治理電路，三相電網(wǎng)輸出端各串接對應(yīng)的阻抗保護(hù)電感器一端，阻抗保護(hù)電感器另一端各連接對應(yīng)的三相全橋整流濾波電路三個(gè)輸入端；6個(gè)相同功率開關(guān)器件各自串聯(lián)一個(gè)反向保護(hù)二極管后并聯(lián)在阻抗保護(hù)電感器與三相全橋整流濾波電路三個(gè)輸入端之間，每一相上并聯(lián)兩個(gè)串聯(lián)的功率開關(guān)器件和二極管；在阻抗保護(hù)電感器和三相電網(wǎng)輸出端之間分別并聯(lián)各自對應(yīng)的三個(gè)電流傳感器，電流傳感器輸出端分別連接各自對應(yīng)的帶通濾波器，帶通濾波器輸出端接入PWM模塊，PWM模塊6個(gè)輸出端分別連接6個(gè)功率開關(guān)器件的控制端；若其中一相的諧波電流增大，則對應(yīng)的功率開關(guān)器件導(dǎo)通，將富余的諧波電流轉(zhuǎn)向其它相。
文檔編號H02J3/18GK203151094SQ20122065056
公開日2013年8月21日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)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(shù)有限公司