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
技術領域：
本發明屬于有源電力濾波器技術領域，特別涉及一種并聯型有源電力濾波器。
背景技術：
三相整流橋是電力系統中使用非常廣泛的負載，也是對電力系統產生諧波的一種主要的諧波源。對三相整流橋進行諧波治理，功率因數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。功率因數校正電路需要處理全部負載功率，有源電力濾波器目前都并聯在交流側，兩種方案均用到較多的高頻有源開關，電路成本較高，其實際應用均受到限制。
在整流橋直流側并聯有源電力濾波電路，在高壓直流輸電、特種電源等領域得到應用，但目前所用的這種直流側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，并不對交流側輸出電流諧波進行抑制，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道。
發明內容
本發明的第一目的是提供一種電路簡單、成本相對較低、并能夠對三相整流橋負載進行諧波治理的并聯型有源電力濾波電路。
本發明的第二目的是提供一種適用于上述并聯型有源電力濾波電路的控制電路。
為達到第一發明目的，本發明提供技術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、阻抗網絡和控制電路。本發明的雙向升壓型功率變換器有兩個，它們各自分別由依次串聯的各一個電感、各一個功率開關管和各一個電容、以及在該電感和功率開關管的連接處各又分接了另一個功率開關管的電路構成。這兩個雙向升壓型功率變換器通過把兩個電容、兩個分接的功率開關管連接在一個公共連接點上而串聯在一起。該公共連接點通過三個阻抗構成的阻抗網絡與三相整流橋的交流側及交流電網連接，這兩個串聯的雙向升壓型功率變換器位于兩個電感一側的輸入端分別連接在三相整流橋直流側的正負輸出端上。
為達到第二發明目的，本發明提供這樣一個用于本三相整流橋直流側并聯型有源電力濾波器的控制電路。該控制電路包括，兩個串接在三相整流橋直流側正、負輸出端的各一個電流傳感器、兩個跨接在整流橋的正負輸出端和電網公共端、與串聯的兩個電容并聯或者與其中任意一個電容并聯的各一個電壓取樣電路、和與兩個電流傳感器的輸出端、兩個電壓取樣電路的輸出端連接的一個控制與驅動單元，該控制與驅動單元的輸出端分別與四個功率開關管連接以用于驅動它們。
本發明的優越性如下1、本發明特別適合于針對三相整流橋負載的諧波治理。
在用于抑制整流橋前端注入電網的諧波電流時，能使整個整流橋裝置從電網吸收的電流接近正弦波，功率因數近似為1。與傳統的交流側有源電力濾波器相比，可以減少高頻有源開關的數量，因此，電路相對簡單、成本也相對較低；與功率因數校正器相比，本發明僅處理負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、由于本發明將傳統的有源電力濾波器移到三相整流橋的直流側，該直流側APF只需在電壓電流兩個象限運行，因此可以使本發明的直流側APF電路結構簡化，具有處理功率小、所用有源開關數量少的優勢，成本大大降低，使之能在工業中得到廣泛應用。
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
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——三相電壓區間劃分4——區間II等效電路5——一種阻抗網絡的實現方式示意6a——未加直流側有源電力濾波器的a相輸入電流波形6b——未加直流側有源電力濾波器的b相輸入電流波形6c——未加直流側有源電力濾波器的c相輸入電流波形7a——加直流側有源電力濾波器后的a相輸入電流波形7b——加直流側有源電力濾波器后的b相輸入電流波形7c——加直流側有源電力濾波器后的c相輸入電流波形7d——加直流側有源電力濾波器后的補償電感L1的電流波形7e——加直流側有源電力濾波器后的補償電感L2的電流波形7f——加直流側有源電力濾波器后的阻抗網絡公共端輸入電流波形圖具體實施方式
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管的雙向升壓型功率變換器、阻抗網絡和控制電路。在本發明中，雙向升壓型功率變換器有兩個，它們各自分別由依次串聯的各一個電感(L1、L2)、各一個功率開關管(Sp2、Sn2)和各一個電容(Cp、Cn)、以及在該電感(L1、L2)和該功率開關管(Sp2、Sn2)的連接處各又分接了另一個功率開關管(Sp1、Sn1)的電路構成。這兩個雙向升壓型功率變換器通過把兩個電容(Cp、Cn)、兩個分接的功率開關管(Sp1、Sn1)連接在一個公共連接點上而串聯在一起；該公共連接點通過三個阻抗(Za、Zb、Zc)與三相整流橋ZLQ的交流側及交流電網DW連接。這兩個串聯的雙向升壓型功率變換器DCAPF位于兩個電感(L1、L2)一側的輸入端分別連接在所述三相整流橋ZLQ直流側的正負輸出端上。
三個阻抗(Za、Zb、Zc)有多種實現方式，而本發明的實現方式、或者進一步的特征是，其中的阻抗網絡由三個阻抗連接成星型接法構成，流進該阻抗網絡的總電流被三個阻抗支路均分。也就是說，三個阻抗的阻抗值相等(參考圖5)。圖5中的三個變壓器(T1、T2、T3)具有相同的變比，三個變壓器的一側采用三角形接法，另一側采用星型接法，便實現了本發明中所需要的阻抗網絡。
顯然，所謂的交流電網DW可為市電電源，也可為發電機的輸出。本領域的技術人員清楚，根據其它條件或需要，其中的兩個電感(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并聯型有源電力濾波器，可以用現有的且與其適應的控制電路來對其控制與驅動功率開關管。也可以專為它設置更加適應的控制電路，本發明控制電路就是其中之一。該控制電路(參考圖2)包括，兩個串接在三相整流橋ZLQ直流側正、負輸出端的各一個電流傳感器(CT1、CT2)、與串聯的兩個電容(Cp、Cn)并聯或者與其中任意一個電容(Cp或Cn)并聯的電壓取樣電路PT(由于顯見，省略了電壓取樣電路PT與任意一個電容(Cp或Cn)并聯的附圖)、跨接在三相整流橋ZLQ的正負輸出端和電網公共端的電壓取樣電路PT1、和與兩個電流傳感器(CT1、CT2)的輸出端、兩個電壓取樣電路(PT和PT1)的輸出端連接的一個控制與驅動單元KZQDDY，該控制與驅動單元KZQDDY的輸出端分別與四個功率開關管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)連接以用于驅動它們。
下面結合上述具體實施方式
披露的電路，對其諧波治理過程作進一步的介紹。
在每個電網上頻周期內分成6個區間(參考圖3)。在任意一個區間內，交流電網DW、三相整流橋ZLQ以及并聯型直流側有源電力濾波器可以等效為兩個串聯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，所以ia+ib+ic＝0 (5)由于進一步特征中的三個阻抗Za、Zb、Zc的電流被均分，即iah=ibh=ich=13ih---(6)]]>聯立(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管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)的通斷情況，控制整流橋直流側電流ip、in便可實現功率因數校正，達到諧波治理的目的。
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，電壓取樣電路PT取得直流側電容(Cp、Cn或Cp或Cn)的電壓信號，電壓取樣電路PT1取得整流橋正負端的電壓信號，控制與驅動單元KZQDDY可采用PWM控制方式產生各雙向功率開關管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)的控制信號，并驅動本發明濾波電路中的功率開關管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)的通斷，實現諧波治理的功能。
圖6a、圖6b、圖6c分別是未接入本發明濾波器的a、b、c三相的輸入電流(ia、ib、ic)波形圖。從三個波形圖中可以看出，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是接入本發明的濾波器后的a、b、c相輸入電流(ia、ib、ic)波形圖。從對比的波形圖后不難發現，治理后的a、b、c相輸入電流(ia、ib、ic)已經十分接近正弦波了，它們的功率因數近似為1。圖7d、圖7e、圖7f分別是接入本發明的濾波器后的補償電感L1、L2的電流[i(L1)、i(L2)]和阻抗網絡公共端的電流波形圖。從后三個波形圖中可以看出從諧波治理成正弦波的變化過程。
本發明只需要四個功率開關管，可以使得三相整流橋諧波治理裝置的成本降低，補償容量減小。本發明中電感、電容及其各功率開關管的選擇與現有濾波器選擇的原則相同，故具體參數沒有披露。
權利要求
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管的雙向升壓型功率變換器、阻抗網絡和控制電路，其特征在于，所述的雙向升壓型功率變換器有兩個，它們各自分別由依次串聯的各一個電感(L1、L2)、各一個功率開關管(Sp2、Sn2)和各一個電容(Cp、Cn)、以及在該電感(L1、L2)和該功率開關管(Sp2、Sn2)的連接處各又分接了另一個功率開關管(Sp1、Sn1)的電路構成；這兩個雙向升壓型功率變換器通過把兩個電容(Cp、Cn)、兩個分接的功率開關管(Sp1、Sn1)連接在一個公共連接點上而串聯在一起，該公共連接點通過所述的阻抗網絡與三相整流橋(ZLQ)的交流側及交流電網(DW)連接，這兩個串聯的雙向升壓型功率變換器(DCAPF)位于兩個電感(L1、L2)一側的輸入端分別連接在所述三相整流橋(ZLQ)直流側的正負輸出端上。
2.根據權利要求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，所述的阻抗網絡由三個阻抗連接成星型接法構成，流進該阻抗網絡的總電流被三個阻抗支路均分。
3.根據權利要求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，兩個串接在所述三相整流橋(ZLQ)直流側正、負輸出端的各一個電流傳感器(CT1、CT2)、與所述串聯的兩個電容(Cp、Cn)并聯或者與其中任意一個電容(Cp或Cn)并聯的電壓取樣電路(PT)、與所述電網(DW)公共端以及三相整流橋(ZLQ)的正負輸出端跨接的電壓取樣電路(PT1)，和與兩個電流傳感器(CT1、CT2)的輸出端、兩個電壓取樣電路(PT和PT1)的輸出端連接的一個控制與驅動單元(KZQDDY)，該控制與驅動單元(KZQDDY)的輸出端分別與四個功率開關管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)連接以用于驅動它們。
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、四個功率開關管和阻抗網絡。其中阻抗網絡連接在三相整流橋的三個輸入端，由電容、電感和四個功率開關管構成的兩個串聯的雙向升壓型功率變換器并聯在整流橋的直流側。本發明特別適合于針對三相整流橋負載的諧波治理。與傳統的交流側有源電力濾波器相比，本發明減少了有源開關的數量；與功率因數校正器相比，本發明僅處理負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H02M1/14GK1988339SQ20061009539
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月31日 優先權日2006年12月31日
發明者杜雄, 周雒維, 盧偉國, 羅全明, 侯世英 申請人:重慶大學