專利名稱：高功率因數(shù)雙饋三相整流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三相整流器電路，尤其是一種高功率因數(shù)能量雙饋三相整流器電路。
背景技術(shù)：
直流負(fù)荷在電網(wǎng)中占有越來越大的比重，二極管式整流器產(chǎn)生很大的電流諧波失 真，對電網(wǎng)的穩(wěn)定以及網(wǎng)上的用電器危害很大。通常認(rèn)為有源功率因數(shù)校正(APFC)技術(shù)才 能最終解決這一問題，然而經(jīng)過全世界工程技術(shù)人員的多年努力，結(jié)果并不理想，尤其是三 相電整流。在過去的幾年產(chǎn)生了一些專利，如中國專利CN1949645A，CN101001053A，美國專 利 US20050093501，PCT 專利 PCT/JB2006/003334，PCT/US2005/033565 等。其中很多的是在 探索解決系統(tǒng)的穩(wěn)定問題。三相PWM整流技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無諧波的高功率因數(shù)整流，同時(shí)也 可實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳送，但近年來并沒有得到廣泛的應(yīng)用，普遍接受的原因是電路復(fù)雜、成 本高。更為重要的原因是三相整流器的三相電流只有兩個(gè)自由度，三相PWM整流技術(shù)的控 制方式造成的控制條件多余，對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響是根本的，更何況用于變頻調(diào)速時(shí)同一 系統(tǒng)中多至6個(gè)以上PWM調(diào)制的互相影響。另一個(gè)更重要的原因是三相PWM整流器高頻和 工頻共模電壓輸出對電器設(shè)備的影響，尤其是變頻調(diào)速、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等領(lǐng)域。中國專利CN200910157448. 3提出的三相電源能量反饋三相電機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動器 的整流電路部分三相橋由6只連接成三相橋形式的IGBT或其它可實(shí)現(xiàn)電流逆向流通的 半導(dǎo)體開關(guān)器件取代，3個(gè)半導(dǎo)體組合雙向開關(guān)組成的阻斷相選擇開關(guān)將電壓高的相和電 壓低的相關(guān)斷，將阻斷相連接至高頻電感，由半橋形式的IGBT控制電流的方向和大小，與 主整流器連通。較好的解決了前述問題。但電路比較復(fù)雜，并且盡管三相PWM技術(shù)存在 很大的問題，在一些諧波影響很大的領(lǐng)域，如風(fēng)力發(fā)電，已經(jīng)有一定量的應(yīng)用，急需與專利 CN200910157448. 3相同的從電路的控制上解決方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是基于世界上用量最多的三相PWM電路拓?fù)?，從控制方法上加以?進(jìn)，實(shí)現(xiàn)阻斷相填補(bǔ)整流技術(shù)。為解決上述任務(wù)，本發(fā)明采用的解決方案是將常規(guī)三相電源的整流電路中的橋 式連接的6只二極管由IGBT或其它可實(shí)現(xiàn)電流雙向流通的半導(dǎo)體開關(guān)器件取代，即每兩只 IGBT串聯(lián)，上管的發(fā)射極與下管得集電極相連，連結(jié)點(diǎn)通過一個(gè)升壓電感與三相電中的一 相相連，三個(gè)上管的集電極相連作為整流器的正極，三個(gè)下管的發(fā)射極相連作為整流器的 負(fù)極。能量前向流通時(shí)，該6只IGBT中，對于確定的相位區(qū)間常規(guī)三相橋式整流器中兩 只導(dǎo)通的二極管位置的兩只IGBT可被控制導(dǎo)通，其余的四只必須IGBT保持關(guān)斷。體內(nèi)并 聯(lián)的體二極管正向?qū)ǖ腎GBT被控制導(dǎo)通或可降低管壓降。能量反向流通時(shí)，該6只IGBT 中，對于確定的相位區(qū)間常規(guī)三相橋式整流器中在正向能量流動兩只導(dǎo)通的二極管位置的 兩只IGBT —定要被控制導(dǎo)通，其余的四只必須IGBT保持關(guān)斷，導(dǎo)通的IGBT體內(nèi)并聯(lián)的體二極管反向，電流通道由導(dǎo)通的IGBT維持。整流器濾波電容容量取值應(yīng)很小，完全不影響 由三相電中電壓高的相和電壓低的相所決定的整流器輸出電壓波形，并且該電壓波動對所 述的濾波電容的充放電電流要遠(yuǎn)小于工作電流。如此主整流器輸出的電壓波形應(yīng)如圖3 所示，正常直流輸入三相PWM輸出的電機(jī)變頻調(diào)速控制電路由于電機(jī)是典型的對稱線性負(fù) 載，根據(jù)瞬態(tài)功率平衡原理，是恒定功率負(fù)載，電流波形應(yīng)如圖4所示，無論是前向的還是 后向的。三相電中處于中間電位的相在通常的整流器中被阻斷，故稱其為阻斷相，如圖2 中的C相在be和cd段。此時(shí)，當(dāng)能量前饋時(shí)讓與之相連半橋電路的2個(gè)IGBT和電感工作 于升壓電路狀態(tài)，并控制調(diào)節(jié)該相電流，使電流具有與該相電壓相同的波形，當(dāng)能量反饋時(shí) 讓與之相連半橋電路的2個(gè)IGBT和電感工作于降壓電路狀態(tài)，使電流與該相電壓波形相同 方向相反。如此即可以在恒定功率的負(fù)載下三相電流都獲得完美的正弦波。能量前饋時(shí)如

圖1所示，對應(yīng)于起始點(diǎn)相位為零的A相，在0至π/6相位區(qū)間被 阻斷，C相具有最高的電位，控制與之相連的半橋電路的下管處于常斷狀態(tài)，B相具有最低 的電位，控制與之相連的半橋電路的上管處于常斷狀態(tài)，與A相相連的半橋電路工作于升
壓方式，強(qiáng)制A相的電流入主整流器的正極，大小為
權(quán)利要求
一種高功率因數(shù)雙饋三相整流器，由三相電輸入，3個(gè)輸入升降壓電感，6個(gè)IGBT開關(guān)管，濾波電容和直流輸出端組成，6個(gè)IGBT開關(guān)管每兩個(gè)一組構(gòu)成3個(gè)半橋電路，上IGBT開關(guān)管的發(fā)射極與下IGBT開關(guān)管集電極連接，三個(gè)連接點(diǎn)分別與3個(gè)輸入升降壓電感的一端連接，3個(gè)輸入升降壓電感的另一端分別與三相電輸入的A、B、C三相連接，三個(gè)半橋電路上IGBT開關(guān)管的集電極相連接形成整流器的正極，下IGBT開關(guān)管的發(fā)射極相連接形成整流器的負(fù)極，濾波電容和整流器的輸出端的兩端分別于與整流器的正極和負(fù)極連接，其特征在于與三相電處于最高電位的相相連半橋的下IGBT開關(guān)管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，上IGBT開關(guān)管在能量前饋時(shí)可以一直導(dǎo)通或是由其體二極管維持所述最高電位的相與整流器正極的持續(xù)導(dǎo)通，在能量反饋時(shí)必須一直導(dǎo)通維持所述最高電位的相與整流器正極的持續(xù)導(dǎo)通，與三相電處于最低電位的相相連半橋的上IGBT開關(guān)管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，下IGBT開關(guān)管在能量前饋時(shí)可以一直導(dǎo)通或是由其體二極管維持所述最低電位相與整流器負(fù)極持續(xù)導(dǎo)通，在能量反饋時(shí)必須一直導(dǎo)通維持所述最低電位的相與整流器負(fù)極持續(xù)導(dǎo)通；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率因數(shù)雙饋三相整流器，其特征在于任意時(shí)刻，只有與 三相電處于中間電位相相連的半橋和電感工作于PWM狀態(tài)，控制該相電流的大小和方向， 能量前饋時(shí)，電流的大小與所述的處于中間電位相該時(shí)刻的_ η /6到π /6相角對應(yīng)的正弦 數(shù)值，方向是由三相電流向整流器輸出，能量反饋時(shí)，電流的大小與所述的處于中間電位相 該時(shí)刻的- η /6到π /6相角對應(yīng)的正弦數(shù)值，方向是由整流器輸出流向三相電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率因數(shù)雙饋三相整流器，其特征在于所述的升降壓電感 只有在與三相電處于中間電位相相連時(shí)工作于PWM狀態(tài)，處于該狀態(tài)的最大電流只有最大 相電流的一半，電感的設(shè)計(jì)飽和磁通工作電流也只需最大相電流的一半，當(dāng)升降壓電感所 連接的相處于三相電的最高或最低電位時(shí)，電感可以進(jìn)入磁飽和狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高功率因數(shù)雙饋三相整流器，由三相電輸入，3個(gè)輸入升降壓電感，6個(gè)IGBT開關(guān)管，濾波電容和直流輸出端組成，6個(gè)IGBT開關(guān)管每兩個(gè)一組構(gòu)成3個(gè)半橋電路，上IGBT開關(guān)管的發(fā)射極與下IGBT開關(guān)管集電極連接，連接點(diǎn)分別與3個(gè)輸入升降壓電感的一端連接，3個(gè)輸入升降壓電感的另一端分別與三相電輸入的A、B、C三相連接，三個(gè)半橋電路上IGBT開關(guān)管的集電極相連接形成整流器的正極，下IGBT開關(guān)管的發(fā)射極相連接形成整流器的負(fù)極，濾波電容和整流器的輸出端的兩端分別于與整流器的正極和負(fù)極連接，電路的拓?fù)渑c通常的三相PWM器相同。任意時(shí)刻，只有與三相電處于中間電位相相連的半橋和電感工作于PWM狀態(tài)，控制該相電流的大小和方向，能量前饋時(shí)，電流的大小和方向與所述的處于中間電位相該時(shí)刻的-π/6到π/6相角對應(yīng)的正弦數(shù)值，方向是由三相電流向整流器輸出，能量反饋時(shí)，電流的大小和方向與所述的處于中間電位相該時(shí)刻的-π/6到π/6相角對應(yīng)的正弦數(shù)值，方向是由整流器輸出流向三相電。三相電處于最高電位的相相連的半橋的下IGBT開關(guān)管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，上IGBT開關(guān)管在能量前饋時(shí)可以一直導(dǎo)通或是由其體二極管維持所述最高電位的相與整流器正極的持續(xù)導(dǎo)通，在能量反饋時(shí)必須一直導(dǎo)通維持所述最高電位的相與整流器正極的持續(xù)導(dǎo)通，與三相電處于最低電位的相相連的半橋的上IGBT開關(guān)管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，下IGBT開關(guān)管在能量前饋時(shí)可以一直導(dǎo)通或是由其體二極管維持所述最低電位相與整流器負(fù)極的持續(xù)導(dǎo)通，在能量反饋時(shí)必須一直導(dǎo)通維持所述最低電位的相與整流器負(fù)極的持續(xù)導(dǎo)通。
文檔編號H02M1/42GK101976963SQ20101029957
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者王玉富 申請人:王玉富