专利名称：一种采用阻抗耦合的三相整流桥有源电力滤波电路的制作方法
技术领域：
本发明属于有源电力滤波器技术领域，特别涉及一种并联型有源电力滤波器。
背景技术：
三相整流桥是电力系统中使用非常广泛的负载，也是对电力系统产生谐波的一种主要的谐波源。对三相整流桥进行谐波治理，功率因数校正电路和有源电力滤波电路是目前采用的两种主要方案。功率因数校正电路需要处理全部负载功率，有源电力滤波器目前都并联在交流侧，两种方案均用到较多的高频有源开关，电路成本较高，其实际应用均受到限制。
在整流桥直流侧并联有源电力滤波电路，在高压直流输电、特种电源等领域得到应用，但目前所用的这种直流侧有源电力滤波电路均是为了滤除整流桥输出直流电压和电流的纹波，并不对交流侧输出电流谐波进行抑制，用于整流桥输入端电流谐波治理的采用阻抗耦合的整流桥有源滤波电路尚无报道。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种电路简单、成本相对较低、并能够对三相整流桥负载进行谐波治理的并联型有源电力滤波电路。
本发明的第二目的是提供一种适用于上述并联型有源电力滤波电路的控制电路。
为达到第一发明目的，本发明提供技术方案是一种采用阻抗耦合的三相整流桥有源电力滤波电路。该滤波电路包括双向升压型功率变换器、阻抗网络和控制电路。本发明的双向升压型功率变换器有两个，它们各自分别由依次串联的各一个电感、各一个功率开关管和各一个电容、以及在该电感和功率开关管的连接处各又分接了另一个功率开关管的电路构成。这两个双向升压型功率变换器通过把两个电容、两个分接的功率开关管连接在一个公共连接点上而串联在一起。该公共连接点通过三个阻抗构成的阻抗网络与三相整流桥的交流侧及交流电网连接，这两个串联的双向升压型功率变换器位于两个电感一侧的输入端分别连接在三相整流桥直流侧的正负输出端上。
为达到第二发明目的，本发明提供这样一个用于本三相整流桥直流侧并联型有源电力滤波器的控制电路。该控制电路包括，两个串接在三相整流桥直流侧正、负输出端的各一个电流传感器、两个跨接在整流桥的正负输出端和电网公共端、与串联的两个电容并联或者与其中任意一个电容并联的各一个电压取样电路、和与两个电流传感器的输出端、两个电压取样电路的输出端连接的一个控制与驱动单元，该控制与驱动单元的输出端分别与四个功率开关管连接以用于驱动它们。
本发明的优越性如下1、本发明特别适合于针对三相整流桥负载的谐波治理。
在用于抑制整流桥前端注入电网的谐波电流时，能使整个整流桥装置从电网吸收的电流接近正弦波，功率因数近似为1。与传统的交流侧有源电力滤波器相比，可以减少高频有源开关的数量，因此，电路相对简单、成本也相对较低；与功率因数校正器相比，本发明仅处理负载电流中的谐波分量，处理的电流更小，可以减小谐波治理装置的额定容量，也大大地降低了成本。
2、由于本发明将传统的有源电力滤波器移到三相整流桥的直流侧，该直流侧APF只需在电压电流两个象限运行，因此可以使本发明的直流侧APF电路结构简化，具有处理功率小、所用有源开关数量少的优势，成本大大降低，使之能在工业中得到广泛应用。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1——阻抗耦合的三相整流桥有源电力滤波电路原理2——阻抗耦合的三相整流桥有源电力滤波控制电路原理3——三相电压区间划分4——区间II等效电路5——一种阻抗网络的实现方式示意6a——未加直流侧有源电力滤波器的a相输入电流波形6b——未加直流侧有源电力滤波器的b相输入电流波形6c——未加直流侧有源电力滤波器的c相输入电流波形7a——加直流侧有源电力滤波器后的a相输入电流波形7b——加直流侧有源电力滤波器后的b相输入电流波形7c——加直流侧有源电力滤波器后的c相输入电流波形7d——加直流侧有源电力滤波器后的补偿电感L1的电流波形7e——加直流侧有源电力滤波器后的补偿电感L2的电流波形7f——加直流侧有源电力滤波器后的阻抗网络公共端输入电流波形图具体实施方式
一种采用阻抗耦合的三相整流桥有源电力滤波电路(参考图1)。该滤波电路包括带有功率开关管的双向升压型功率变换器、阻抗网络和控制电路。在本发明中，双向升压型功率变换器有两个，它们各自分别由依次串联的各一个电感(L1、L2)、各一个功率开关管(Sp2、Sn2)和各一个电容(Cp、Cn)、以及在该电感(L1、L2)和该功率开关管(Sp2、Sn2)的连接处各又分接了另一个功率开关管(Sp1、Sn1)的电路构成。这两个双向升压型功率变换器通过把两个电容(Cp、Cn)、两个分接的功率开关管(Sp1、Sn1)连接在一个公共连接点上而串联在一起；该公共连接点通过三个阻抗(Za、Zb、Zc)与三相整流桥ZLQ的交流侧及交流电网DW连接。这两个串联的双向升压型功率变换器DCAPF位于两个电感(L1、L2)一侧的输入端分别连接在所述三相整流桥ZLQ直流侧的正负输出端上。
三个阻抗(Za、Zb、Zc)有多种实现方式，而本发明的实现方式、或者进一步的特征是，其中的阻抗网络由三个阻抗连接成星型接法构成，流进该阻抗网络的总电流被三个阻抗支路均分。也就是说，三个阻抗的阻抗值相等(参考图5)。图5中的三个变压器(T1、T2、T3)具有相同的变比，三个变压器的一侧采用三角形接法，另一侧采用星型接法，便实现了本发明中所需要的阻抗网络。
显然，所谓的交流电网DW可为市电电源，也可为发电机的输出。本领域的技术人员清楚，根据其它条件或需要，其中的两个电感(L1、L2)的值可以相等的，也可以不相等的。
上述三相整流桥直流侧并联型有源电力滤波器，可以用现有的且与其适应的控制电路来对其控制与驱动功率开关管。也可以专为它设置更加适应的控制电路，本发明控制电路就是其中之一。该控制电路(参考图2)包括，两个串接在三相整流桥ZLQ直流侧正、负输出端的各一个电流传感器(CT1、CT2)、与串联的两个电容(Cp、Cn)并联或者与其中任意一个电容(Cp或Cn)并联的电压取样电路PT(由于显见，省略了电压取样电路PT与任意一个电容(Cp或Cn)并联的附图)、跨接在三相整流桥ZLQ的正负输出端和电网公共端的电压取样电路PT1、和与两个电流传感器(CT1、CT2)的输出端、两个电压取样电路(PT和PT1)的输出端连接的一个控制与驱动单元KZQDDY，该控制与驱动单元KZQDDY的输出端分别与四个功率开关管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)连接以用于驱动它们。
下面结合上述具体实施方式
披露的电路，对其谐波治理过程作进一步的介绍。
在每个电网上频周期内分成6个区间(参考图3)。在任意一个区间内，交流电网DW、三相整流桥ZLQ以及并联型直流侧有源电力滤波器可以等效为两个串联连接的双向升压型功率变换器(参考图4，该图仅绘制出了在区间II的等效电路图)，在图4所示的电路中，各电流量满足如下关系ia＝ip-iah(1)ib＝-ibh(2)ic＝-in-ich(3)而ih＝ip-in(4)由于三相三线制系统，所以ia+ib+ic＝0 (5)由于进一步特征中的三个阻抗Za、Zb、Zc的电流被均分，即iah=ibh=ich=13ih---(6)]]>联立(1)-(6)，得到
ip＝ia-ib(7)in＝ib-ic(8)从(7)、(8)两式可以看出，采用合适的控制方式来控制功率开关管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)的通断情况，控制整流桥直流侧电流ip、in便可实现功率因数校正，达到谐波治理的目的。
通过电流传感器(CT1、CT2)分别取得三相整流桥ZLQ输出端的电流信号，电压取样电路PT取得直流侧电容(Cp、Cn或Cp或Cn)的电压信号，电压取样电路PT1取得整流桥正负端的电压信号，控制与驱动单元KZQDDY可采用PWM控制方式产生各双向功率开关管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)的控制信号，并驱动本发明滤波电路中的功率开关管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)的通断，实现谐波治理的功能。
图6a、图6b、图6c分别是未接入本发明滤波器的a、b、c三相的输入电流(ia、ib、ic)波形图。从三个波形图中可以看出，其输入电流波形接近方波，其中含有大量的谐波分量。图7a、图7b、图7c是接入本发明的滤波器后的a、b、c相输入电流(ia、ib、ic)波形图。从对比的波形图后不难发现，治理后的a、b、c相输入电流(ia、ib、ic)已经十分接近正弦波了，它们的功率因数近似为1。图7d、图7e、图7f分别是接入本发明的滤波器后的补偿电感L1、L2的电流[i(L1)、i(L2)]和阻抗网络公共端的电流波形图。从后三个波形图中可以看出从谐波治理成正弦波的变化过程。
本发明只需要四个功率开关管，可以使得三相整流桥谐波治理装置的成本降低，补偿容量减小。本发明中电感、电容及其各功率开关管的选择与现有滤波器选择的原则相同，故具体参数没有披露。
权利要求
1.一种采用阻抗耦合的三相整流桥有源电力滤波电路，该滤波电路包括带有功率开关管的双向升压型功率变换器、阻抗网络和控制电路，其特征在于，所述的双向升压型功率变换器有两个，它们各自分别由依次串联的各一个电感(L1、L2)、各一个功率开关管(Sp2、Sn2)和各一个电容(Cp、Cn)、以及在该电感(L1、L2)和该功率开关管(Sp2、Sn2)的连接处各又分接了另一个功率开关管(Sp1、Sn1)的电路构成；这两个双向升压型功率变换器通过把两个电容(Cp、Cn)、两个分接的功率开关管(Sp1、Sn1)连接在一个公共连接点上而串联在一起，该公共连接点通过所述的阻抗网络与三相整流桥(ZLQ)的交流侧及交流电网(DW)连接，这两个串联的双向升压型功率变换器(DCAPF)位于两个电感(L1、L2)一侧的输入端分别连接在所述三相整流桥(ZLQ)直流侧的正负输出端上。
2.根据权利要求1所述的采用阻抗耦合的三相整流桥有源电力滤波电路，其特征在于，所述的阻抗网络由三个阻抗连接成星型接法构成，流进该阻抗网络的总电流被三个阻抗支路均分。
3.根据权利要求1或2所述的采用阻抗耦合的三相整流桥有源电力滤波电路，其特征在于，所述控制电路包括，两个串接在所述三相整流桥(ZLQ)直流侧正、负输出端的各一个电流传感器(CT1、CT2)、与所述串联的两个电容(Cp、Cn)并联或者与其中任意一个电容(Cp或Cn)并联的电压取样电路(PT)、与所述电网(DW)公共端以及三相整流桥(ZLQ)的正负输出端跨接的电压取样电路(PT1)，和与两个电流传感器(CT1、CT2)的输出端、两个电压取样电路(PT和PT1)的输出端连接的一个控制与驱动单元(KZQDDY)，该控制与驱动单元(KZQDDY)的输出端分别与四个功率开关管(Sp1、Sp2、Sn1、Sn2)连接以用于驱动它们。
全文摘要
一种采用阻抗耦合的三相整流桥有源电力滤波电路。该滤波电路包括电容、电感、四个功率开关管和阻抗网络。其中阻抗网络连接在三相整流桥的三个输入端，由电容、电感和四个功率开关管构成的两个串联的双向升压型功率变换器并联在整流桥的直流侧。本发明特别适合于针对三相整流桥负载的谐波治理。与传统的交流侧有源电力滤波器相比，本发明减少了有源开关的数量；与功率因数校正器相比，本发明仅处理负载电流中的谐波分量，处理的电流更小，可以减小谐波治理装置的额定容量，也大大地降低了成本。
文档编号H02M1/14GK1988339SQ20061009539
公开日2007年6月27日 申请日期2006年12月31日 优先权日2006年12月31日
发明者杜雄, 周雒维, 卢伟国, 罗全明, 侯世英 申请人:重庆大学