虚拟六相整流器电源装置制造方法
【专利摘要】本发明揭示了经过长期探索、实验验证，所发现的三相电制式中存在的“线电压损失”，表现为传统三相桥式整流器的低效率。国内用户和国家权威电器测试部门的对比试验客观证实了这一缺陷的存在。本发明中阐述的理论分析对此机制性缺陷的产生和解决方案加以充分论证和推理。“三相电制的线电压损失”，可为输出电压高、输出功率大，整流效率有大幅提升的虚拟六相整流器所克服。虚拟六相整流器可用于包括变频器在内的所有大功率整流电源，应用面极广、前景辉煌。
【专利说明】虚拟六相整流器电源装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于电学技术中的变流【技术领域】，用于将交流电变换为直流电的直流电源 装置或变频电源装置，具体地说，是一种结构近似于现有三相整流器、成本类同于三相整流 器、效率明显高于三相整流器、且能广泛替代现有三相整流器的新整流器拓朴结构。
【背景技术】
[0002] 在电源【技术领域】，目前大功率直流电源普遍采用三相电网供电，通过三相桥式整 流器变换为直流电的模式，大容量交流变频电源也取自三相电网并采用整流后直流电源作 中间环节，然后再将直流电逆变成交流输出的交直交模式，其中，三相桥式整流器是一种普 遍使用的AC/DC变换装置。三相桥式整流器往往采用三相线电压直接输入，由于三相电体 制中存在"线电压损失"的内在缺陷，而未能高效利用相电压，造成输出直流电压小、整流效 率低，能源浪费，不符合当今社会大力提倡的节能减排原则。
【发明内容】
[0003] 发明人首先发现了"三相电制中的线电压损失"，本发明的目的是通过挖掘整流器 的技术潜力，结合能把整流电压升高一定倍率的新整流器拓朴结构，使整流设备比传统整 流器容量提高、效率上升，以使相关的变流电源装置达到节能省料的技术和经济双重目标。
[0004] 本发明的整流器电源装置是这样实现的，一种由三相供电源（1)、整流器（2)和滤 波电容（3)组成的电源装置，其特征为，三相供电源（1)为带零线输出的三相四线结构；整 流器（2)为虚拟六相整流器拓朴结构，其具体构成为：整流器（2)由三条并联支路组成，并 联支路分别由二极器Dl和D4、D2和D5、D3和D6相互成对同向串联，每条并联支路中所串 联的二个二极管的中点接供电源（1)的输出相线；整流器（2)中二极器D1-D3的共接负端 为直流电的正极，二极器D4-D6的共接正端为直流电的负极；滤波电容（3)由相等容量的电 容器Cl和C2相串联，Cl和C2的中点接到三相供电源（1)的零线，Cl和C2的另一端分别 接直流电的正负极。
[0005] 本发明的二大实质改进在于：将利用传统三相供电源的线电压输出改进为利用供 电源的相电压输出；将整流器的性质在低成本的前提下由三相桥式整流器改变为虚拟六相 整流器拓朴结构。二大改进能普遍提升整流器所输出的直流电压，在相同的交流输入电流 时增加直流输出功率，从而降低电源装置的单位功率成本，同时也较大幅度提高了整流器 的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0006] 图1、三相交流电压矢量图和传统三相桥式整流器。
[0007] 图2、五相和七相交流电压矢量图。
[0008] 图3、三相、四相和六相交流电压矢量对照图。
[0009] 图4、采用自耦变压器将三相电变换成六相电及其电压矢量图。
[0010] 图5、本发明的虚拟六相整流器拓朴结构图。
[0011] 图6、虚拟六相整流器拓朴结构的分拆分析图。
[0012] 图7、"未经滤波"的虚拟六相整流器各部分电压波形图。
[0013] 图8、虚拟六相整流器与三相桥式整流器直流输出电压比较图。
[0014] 图9、增加滤波电容器C3的虚拟六相整流器拓朴结构图。
[0015] 图10、变频电源装置框图。
【具体实施方式】
[0016] 虚拟六相整流器的【具体实施方式】其实并不复杂，但由于本发明首次发现"三相电 制式的线电压损失"这一重大缺陷，在为什么要将三相桥式整流器改进为虚拟六相整流器 的过程中，有必要将这一进化的过程讲解清楚。
[0017] 图1为三相交流电压矢量图和传统三相桥式整流器。假设发电机G的相电压为 220V，星形接法，由三根相线将电压接入桥式整流器的输入端，实际上利用的是交流电的线 电压380V。整流桥正是对380V的线电压进行整流变换，才能获得直流电输出，所以其输出 直流电压与380V的线电压正相关。
[0018] 图2所示为奇数相数-五相和七相交流电压矢量图。同样的220V相电压，五相 制交流电的最高线电压418V，七相制交流电的最高线电压更高达429V。从图上可以很直观 方便地比较出它们在数量上与三相电的区别。
[0019] 3、5、7......等奇数相数交流电的最高线电压Umax的计算公式为：
[0020] Umax= 2υφ8；?η[360。X(N_1)/4N] (式-I)
[0021] 式中，Utc为交流电的相电压，
[0022] N为交流电的相数。
[0023] 按（式-1)可计算出三相、五相、七相交流电制中最高线电压分别为
[0024]Umax3 = 380V,
[0025]Umax5 = 418V,
[0026]Umax7 = 429V。
[0027] 虽然五相或七相电制有多种线电压，但最高线电压只有一种。
[0028] 由于整流二极管的单向导通特征只允许最高电压导通，其它线电压不起作用，所 以整流器直流输出电压的幅值与最高线电压成正相关。这意味着，同样数值的相电压，相数 越多的交流电制，其直流输出电压越高。
[0029] 图3所示为三相、四相和六相交流电压矢量对照图。从图中看出，偶数相电制中的 最高线电压Umax均为二倍相电压。
[0030]Umax3 = 380V,
[0031] 而Umax4 =Umax6 ........ 440V〇
[0032] 根据实验和理论分析，各种相数电制下的交直流电压的比较如表1所示。
[0033] 表1各种相数电制下的交直流电压的比较表
[0034]
【权利要求】
1. 一种由三相供电源（1)、整流器⑵和滤波电容（3)组成的电源装置，其特征为，三 相供电源（1)为带零线输出的三相四线结构；整流器（2)为虚拟六相整流器拓朴结构，其具 体构成为：整流器（2)由三条并联支路组成，并联支路分别由二极器D1和D4、D2和D5、D3 和D6相互成对同向串联，每条并联支路中所串联的二个二极管的中点接供电源（1)的输出 相线；整流器（2)中二极器D1-D3的共接负端为直流电的正极，二极器D4-D6的共接正端为 直流电的负极；滤波电容（3)由相等容量的电容器C1和C2相串联，C1和C2的中点接到三 相供电源⑴的零线，C1和C2的另一端分别接直流电的正负极。
2. 权利要求1所述的电源装置，其特征为，三相供电源（1)为三相四线制的电网、或者 三相四线制的变压器、或者带零线的三相发电机，通常三相四线制的电网、变压器或发电机 绕组采用星形绕组，或称Y形接法。
3. 权利要求1所述的电源装置，其特征为，整流二极管可以采用六个硅二极管的分列 器件，也可以直接采用一个由六个硅二极管集成在一起的三相桥式整流桥模块；整流器的 电压、电流额定容量应符合供电源和电源装置额定功率的要求。
4. 权利要求1所述的电源装置，其特征为，C1和C2的二端各并联合适容量的小损耗角 介质的薄膜电容器，使整流后产生的高频谐波能通过这些电容得到旁路，减少电解电容器 的发热。
5. 权利要求1所述的电源装置，其特征为，在滤波电容（3)中的直流输出二端，还并联 有额外的滤波电容器C3。
6. 权利要求1所述的电源装置，其特征为，装置内除了三相供电源（1)、整流器（2)和 滤波电容（3)外，还有DC/AC变换器（4)和控制器（5)，以将整流器输出的直流电压逆变为 交流电压，输出变频交流电；控制器（5)用来为实现变频器所需要的控制。
【文档编号】H02M7/06GK104426392SQ201310381920
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】於岳亮, 於菲 申请人:上海稳得新能源科技有限公司