专利名称：一种谐波转移式三相谐波治理电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电路结构，具体是三相谐波治理电路。
背景技术：
由三相电网所提供的交流电一般情况下不能被用电设备直接使用，必须要将交流电整流成直流电后，再由半导体器件进行必要的变换，使之达到要求才能被利用。当功率超过一定程度后，就不能使用单相供电，以防止由于三相线电流不平衡导致供电事故。在三相电网供电时的交流转直流电路中，必须使用到二极管(或可控硅等)进行整流，并且在二极管后端为了得到稳定的电压电流，还会使用电感电容滤波电路或纯电容来平波。这样，滤波电容的充放电电平与二极管的非线性工作会导致在三相电网中出现5次、7次等高次谐波电流，需要将其治理以免影响电网其它设备，并矫正功率因数，提高有功降低无功。目前有较多方法进行相关治理，包括三相分解成单相后进行升压(BOOST)、降压(Buck)等方式进行校正，也包括各种LC功率补偿设备进行功率因数矫正和谐波治理，另外还有外接有源滤波器进行治理。其中，三相分解为单相模式是目前比较常用的一种方法，但它增加了一级高频开关电路和串入储能电感，利用储能电感的充放磁能。由于高频开关电路是三角波与方波组合的复杂波形，只要其中存在二极管等非线性器件，都会导致因为高频电流与非线性器件构成混频、差频、和频、倍频等干扰，因此对遏制高频电磁辐射发射、传导发射的对外干扰控制困难。同时，三相分解为单相的模式必须要有可靠的零线，否则会因为三相电流、阻抗不平衡导致某相瞬间高压而发生严重后果，仅能用于星形接法，而三角形接法由于没有零线而不适用。针对三角形接法的电网，有专门设计的适用的三相分解模式，但是该模式使用跨相线连接，相对于星形接法需要选择更高耐压的元器件，因此增加成本、增加故障率、增加设备体积重量等。同时，三相分解法必须要在产品设计之初就被设计到整套系统中，无法使用于已经存在的原本未设计功率因素校正的设备。由于将三相分解为多路进行整流滤波，导致后续变换器要么跟着分成多路变换，并在输出端进行均压、均流合成设计所需的电压电流，或·者将多路整流滤波产生的直流电进行均流后再供给下一级电路进行必要的变换处理，均会带来多路均压均流、防止单路空载或过载的问题，也就意味着可靠性、抗干扰能力、稳定性的下降。使用LC功率因数补偿方法相对可靠性较高，可以在现有设备上追加或在新产品设计时添加，但是LC补偿模式存在设备笨重、补偿切换存在冲击电流、冲击电压等不利因素。现有的外接式有源滤波器必须采用独立的供电电源，该电源必须足够大以便支持后面的补偿动作，该电源同样也会产生谐波电流以及电磁兼容性问题；在检测到线路电流谐波后，会从独立的供电电源用脉冲方式向线路注入电流(电流偏大时注入反向电流，电流偏小时注入正向电流)，注入电流即是大小相同，相位相反的线路谐波电流；由于补偿是用脉冲方式向电网注入，势必产生严重的电磁干扰，加上补偿的时间差产生差拍频率，使得电磁兼容问题非常突出。
发明内容[0004]本实用新型的目的是为克服上述现有谐波治理电路的不足，提供一种结构简单，损耗小、效果好的谐波转移式三相谐波治理电路。本实用新型采用的技术方案是；三相电网的输出端各串接对应的阻抗保护电感器的一端，阻抗保护电感器的另一端各连接对应的三相全桥整流滤波电路的三个输入端；6个相同的功率开关器件各自串联一个反向保护二极管后并联在阻抗保护电感器与三相全桥整流滤波电路的三个输入端之间，每一相上并联两个串联的功率开关器件和反向保护二极管；在阻抗保护电感器和三相电网的输出端之间分别并联各自对应的三个电流传感器，电流传感器的输出端分别连接各自对应的带通滤波器，带通滤波器的输出端分别接入PWM模块，PWM模块有6个输出端，这6个输出端分别连接6个功率开关器件的控制端；在PWM模块内，每一相电流谐波信号被分割为正负两个半周，分别各自独立控制一个脉宽调制器，6路脉宽调制器输出与谐波电流同频的幅值成比例的信号，驱动6个功率开关器件；若其中一相的谐波电流增大，则对应的功率开关器件导通，将富余的谐波电流转向其它相。本实用新型的有益效果是:1、只要调制器响应速度选择适当、开关器件功率余量选择正确，本实用新型可以适应任何功率级别、任何电网频率的要求。2、由于谐波电流一般小于基频电流的50%，故用本实用新型电路在开关器件损耗上比三相分解模式功率因素校正电路损耗小，且本实用新型中的线路阻抗保护电感器起限流作用而非储能作用，故损耗小，综合效率比三相分解模式高。3、由于无论谐波电流大小，只要能被CT检测到，就能被开关器件转移掉，故本实用新型只有最大谐 波电流限制，而没有最小电流限制，从而自整个电路启动开始，功率因素、谐波电流即可控，不会出现例如在有源分解校正模式下小电流小功率下校正失效、谐波电流过大，以及在无源LC模式下空载无功电流大的缺点。4、相对于外接式有源滤波器，本实用新型仅需一个功率很小的能满足功率器件驱动的小功率辅助电源，无须额外的大功率辅助电源，成本更低，损耗更低。5、由于功率器件的工作电流就是谐波电流本身，所以本实用新型不会产生额外的大功率干扰源。6、由于本实用新型工作时使用的是模拟采样、模拟控制，中间没有数字信号处理过程，延时短、时效性高，排除软件开关机、电路信息监控外，完全可以在没有处理器、没有软件的情况下正常运行。7、本实用新型可设计到新产品中使用，也可以额外附加在未加功率因素校正的设备中，以实现校正效果和抗谐波效果。
图1是本实用新型谐波转移式三相谐波治理电路的结构连接图。
具体实施方式
如图1所示，由二极管整流全桥FWB、滤波电感L-4和滤波电容Cl连接成一个普通的三相全桥整流滤波电路，该三相全桥整流滤波电路连接在负载的R-1oad的两端。三相电网的输出端各串接对应的相同的线路阻抗保护电感器L-l、L-2、L-3的一端，阻抗保护电感器L-l、L-2、L-3的另一端分别连接对应的三相全桥整流滤波电路的三个输入端。6个相同的功率开关器件Qf Q6各自串联一个防反向保护二极管DfD6后并联在阻抗保护电感器L-l、L-2、L-3与三相全桥整流滤波电路的三个输入端之间。每一相上并联两个串联的功率开关器件和二极管。功率开关器件QfQ6可以是任何一种符合耐压、电流、功率、开关速度的器件，为自带驱动，如MOS管、IGBT、三极管等功率器件。二极管Df D6用于防止功率开关器件承受反向电压损坏。阻抗保护电感器L-l、L-2、L-3的作用是隔离外网的谐波电流，防止外网的谐波电流被治理而导致功率器件Qf Q6过载，以及防止相间瞬间短路。同时隔离电路产生的高频干扰，防止电磁兼容性能劣化，其具体参数则可依据实际电路的需要确定。在阻抗保护电感器L-l、L-2、L-3和三相电网的输出端之间的线路上分别并联各自对应的三个电流传感器CT-l、CT-2、CT-3，用于感应和检测线路上线路上的谐波电流，它们并联在三相线路L-l、L-2、L-3与负载之间的线路上感应线路电流。三个电流传感器CT-1、CT-2、CT-3的输出端分别连接各自对应的谐波电流带通滤波器F1、F2、F3，谐波电流带通滤波器Fl、F2、F3可以是无源LC滤波器、陶瓷滤波器、也可以是包括但不限于带放大器的有源滤波器等，不限定其类型和工作模式，仅需确保具备高阶带通滤波性能，并保证频带内幅值失真度、延时尽可能小。带通滤波器F1、F2、F3的输出端分别接入PWM模块。PWM模块为一个综合功能模块，完成控制功能，至少具有3个输入端和6个输出端,3个输入端连接带通滤波器F1、F2、F3的输出端，6个输出端分别连接分别接6个功率开关器件Qf Q6的控制端。本实用新型工作时，二极管整流全桥FWB、滤波电感L-4和滤波电容Cl从对应的阻抗保护电感器L-l、L-2、L-3接收电流并完成整流、滤波后为负载R-1oad提供直流电流。此时，由于二极管整流全桥FWB、滤波电感L-4和滤波电容Cl的作用，阻抗保护电感器L-1、L-2、L3后端产生了谐波电流，谐波电流主要集中在5次、7次、11次、13次、17次、n次等高于工频的部分；该谐波电流和工频电流被三个对应的电流传感器CT-l、CT-2、CT-3采集到，转化为幅值成比例，频率波形一致的电压信号。三个电流传感器CT-l、CT-2、CT-3输出的电压信号，分别经过对应三个带通滤波器F1、F2、F3后，工频部分被隔离，高于工频一定倍数的高频信号也被隔离， 仅有必须治理的谐波信号可以通过。三个带通滤波器F1、F2、F3输出的信号被送到PWM模块，在该PWM模块内，每一相电流谐波信号被分割为正负两个半周，分别各自独立控制一个脉宽调制器，使得6路脉宽调制器能输出与谐波电流同频的幅值成比例的信号。PWM模块输出的信号，经过放大、隔离后驱动6个功率开关器件Ql、6，此时，6个功率开关器件Qf Q6导通，脉宽比例与谐波电流一致，实现谐波电流向其它相转移的目的；所谓的谐波电流，实质上可以理解在基频的正弦波波形上增加或减少了一些电流。以A相为例，当A相上没有电流时，电流传感器CT-1没有检测到异常，对应的带通滤波器Fl也不会有输出，PWM模块部分也不会给功率开关器件Qf Q6驱动。当A相存在电流后，电流传感器CT-1检测到相应的电流并转化为对应的信号，经过带通滤波器Fl滤波后，获得频率高于基频的信号，该信号被PWM模块转化为对功率开关器件Qf Q6的驱动。此时，如果A相谐波电流是增大趋势，则功率开关器件Ql导通，将富余的谐波电流转向B相(如果此时B相电位低于A相)，或者功率开关器件Q6导通，将富余的谐波电流转向C相(如果此时C相电位低于A相)。如果此时A相谐波电流是减小趋势的，则功率开关器件Q4导通，从B相将富余的谐波电流转向A相(如果此时B相电位高于A相)，或者功率开关器件Q5导通，将富余的谐波电流转向C相(如果此时C相电位高于A相)。在设计PWM模块时，设法错开对功率开关器件QfQ6的导通时序，避免瞬态6个管全部开通，加之阻抗保护电感器L-l、L-2、L-3的限制保护，就能有效地将谐波电流从各相转移到其它相，其中能量并不会损失。当回路中的谐波电流消失或者很小的时候，功率因素自然就升高，再加之阻抗保护电感器L-1、L-2、L-3的电压滞后作用，经过合理搭配和计算，理想状态下功率因素可以达到1.000。本实用新型仅对高于基频，低于设定频率的谐波进行转移，实际流过电流较小，开关器件压降引起的损耗也很小。·
权利要求1.一种谐波转移式三相谐波治理电路，三相电网的输出端各串接对应的阻抗保护电感器的一端，阻抗保护电感器的另一端各连接对应的三相全桥整流滤波电路的三个输入端；其特征是:6个相同的功率开关器件各自串联一个反向保护二极管后并联在阻抗保护电感器与三相全桥整流滤波电路的三个输入端之间，每一相上并联两个串联的功率开关器件和反向保护二极管；在阻抗保护电感器和三相电网的输出端之间分别并联各自对应的三个电流传感器，电流传感器的输出端分别连接各自对应的带通滤波器，带通滤波器的输出端分别接入PWM模块，PWM模块有6个输出端，这6个输出端分别连接6个功率开关器件的控制端；在PWM模块内，每一相电流谐波信号被分割为正负两个半周，分别各自独立控制一个脉宽调制器，6路脉宽调制器输出与谐波电流同频的幅值成比例的信号，驱动6个功率开关器件；若其中一相的谐波电流增大，则对应的功率开关器件导通，将富余的谐波电流转向其它相 。
专利摘要本实用新型公开一种谐波转移式三相谐波治理电路，三相电网输出端各串接对应的阻抗保护电感器一端，阻抗保护电感器另一端各连接对应的三相全桥整流滤波电路三个输入端；6个相同功率开关器件各自串联一个反向保护二极管后并联在阻抗保护电感器与三相全桥整流滤波电路三个输入端之间，每一相上并联两个串联的功率开关器件和二极管；在阻抗保护电感器和三相电网输出端之间分别并联各自对应的三个电流传感器，电流传感器输出端分别连接各自对应的带通滤波器，带通滤波器输出端接入PWM模块，PWM模块6个输出端分别连接6个功率开关器件的控制端；若其中一相的谐波电流增大，则对应的功率开关器件导通，将富余的谐波电流转向其它相。
文档编号H02J3/18GK203151094SQ20122065056
公开日2013年8月21日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者秦军 申请人:江苏嘉钰新能源技术有限公司