專利名稱:一種用于降低交流電源輸入諧波的電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型實施例提供一種用于降低交流電源輸入諧波的電路，包括母線和時序開關電路，母線的兩端分別與時序開關電路的輸出端連接，母線設置有電容器，時序開關電路包括多個絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊，多個IGBT模塊并聯(lián)，多個IGBT模塊連接有控制器，時序開關電路還連接于交流電源輸入端，交流電源輸入端與時序開關電路之間連接有電感器和開關，開關與電感器并聯(lián)連接?？梢允馆斎腚娏魇蛊鋵崟r動態(tài)地跟蹤輸入電壓波形，輸入電流波形接近正弦波，且使輸入電流與電壓同相位，這樣不但可以提高輸出功率，而且還可以降低交流輸入的諧波。
【專利說明】
一種用于降低交流電源輸入諧波的電路
技術領域
[0001]本實用新型涉及交流電源電流校正技術領域，具體而言，涉及一種用于降低交流電源輸入諧波的電路。
【背景技術】
[0002]隨著機場400Hz中頻靜變電源的大力推廣和使用，中頻電源交流輸入側的性能和指標也得到越來越重視。從民航局對中頻電源標準的更新來看，靜變電源應能正常工作，交流輸入諧波必須小于10%，從機場這種對電磁兼容要求很高的場所來看，降低中頻電源輸入諧波，提高中頻電流輸入側的性能是將來飛機地面靜變電源技術要求是必須的，同時其性能標準會越來越高。
[0003]現(xiàn)有技術通過移相電抗器與12脈波全橋整流器組合方案，可將交流輸入諧波控制在14%左右，但是達不到10%的需求。還有的方案是在中頻電源的交流輸入側外置有源濾波器，以降低輸入諧波，雖然可以降低中頻電源交流輸入諧波，但在容量配置上不靈活，容量配置上十分不便。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本實用新型實施例的目的在于提供一種用于降低交流電源輸入諧波的電路。
[0005]本實用新型實施例提供的一種用于降低交流電源輸入諧波的電路，包括母線和時序開關電路，所述母線的兩端分別與所述時序開關電路的輸出端連接，所述母線設置有電容器，所述時序開關電路包括多個IGBT模塊，所述多個IGBT模塊并聯(lián)，所述多個IGBT模塊連接有控制器，所述控制器用于控制所述多個IGBT模塊的導通或斷開，所述時序開關電路還連接于交流電源輸入端，所述交流電源輸入端與所述時序開關電路之間連接有電感器和開關，所述開關與所述電感器并聯(lián)連接。
[0006]優(yōu)選的，所述交流電源輸入端為三相交流電源輸入端，所述電感器包括第一電感器、第二電感器以及第三電感器，所述三相交流電源輸入端的A線與所述第一電感器連接，所述三相交流電源輸入端的B線與所述第二電感器連接，所述三相交流電源輸入端的C線與所述第三電感器連接，所述第一電感器、所述第二電感器以及所述第三電感器并聯(lián)連接。
[0007]優(yōu)選的，所述時序開關電路包括第一支路、第二支路以及第三支路，所述多個IGBT模塊包括第一 IGBT模塊、第二 IGBT模塊、第三IGBT模塊、第四IGBT模塊、第五IGBT模塊以及第六IGBT模塊，所述第一 IGBT模塊與所述第二 IGBT模塊串聯(lián)組成所述第一支路;所述第三IGBT模塊與所述第四IGBT模塊串聯(lián)組成所述第二支路;所述第五IGBT模塊與所述第六IGBT模塊串聯(lián)組成所述第三支路，所述第一支路、所述第二支路以及所述第三支路并聯(lián)連接。
[0008]優(yōu)選的，所述第一電感器連接于所述第一IGBT模塊和第二IGBT模塊之間，所述第二電感器連接于所述第三IGBT模塊和第四IGBT模塊之間，所述第三電感器連接于所述第五IGBT模塊和第六IGBT模塊之間。
[0009]優(yōu)選的，所述開關包括第一開關和第二開關，所述第一開關與所述第一電感器并聯(lián)，所述第二開關與所述第二電感器并聯(lián)。
[0010]優(yōu)選的，所述第一電感器還串聯(lián)連接有第三開關，所述第三開關與所述第一開關并聯(lián)，所述第二電感器還串聯(lián)連接有第四開關，所述第四開關與所述第二開關并聯(lián)，所述第三電感器與所述三相交流電源的C線之間設置有第五開關。
[0011]優(yōu)選的，所述第一開關的一端還串接有限流電阻。
[0012]優(yōu)選的，所述IGBT模塊包括絕緣柵雙極型晶體管和續(xù)流二極管，所述絕緣柵雙極型晶體管和續(xù)流二極管并聯(lián)連接。
[0013]優(yōu)選的，所述絕緣柵雙極型晶體管包括絕緣柵型場效應管，所述絕緣柵型場效應管的源極與所述續(xù)流二極管的正極連接，所述絕緣柵型場效應管的漏極與所述續(xù)流二極管的負極連接。
[0014]優(yōu)選的，所述控制器還與所述開關連接，用于控制所述開關的開合與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的用于降低交流電源輸入諧波的電路通過設置了電感器和IGBT模塊，可以通過控制IGBT模塊的導通的時間長短和時間間隔來實現(xiàn)給電感器和母線上的電容器充電，不但可以保證電容器的電壓達到使用要求，而且還可以使輸入電流使其實時動態(tài)地跟蹤輸入電壓波形，輸入電流波形接近正弦波，且使輸入電流與電壓同相位，這樣不但可以提高輸出功率，而且還可以降低交流輸入的諧波?？蓪⒔涣鬏斎胫C波在輸出負載大于50%時降低至Ij5%，輸出負載滿載時降低到3%。
[0015]采用本實用新型的用于降低交流電源輸入諧波的電路，可取消傳統(tǒng)技術中的移相電抗器，減小產(chǎn)品設計成本，降低產(chǎn)品尺寸和重量，并且可將輸入諧波控制在3%以下(輸出功率為滿載)，同時還避開了現(xiàn)有技術中，中頻電源與有源濾波器容量的配置，外置配件的安裝空間等限制。
[0016]為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。
【附圖說明】

[0017]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關的附圖。
[0018]圖1為本實用新型較佳實施例提供的用于降低交流電源輸入諧波的電路的電路圖。
[0019]主要元件符號說明
[0020]第一 IGBT模塊101;第二 IGBT模塊102;第三IGBT模塊103;第四IGBT模塊104;第五IGBT模塊105;第六IGBT模塊106;母線107;電容器108;第一開關109;第二開關110;第三開關111;第四開關112;第五開關113;第一電感器114;第二電感器115;第三電感器116;絕緣柵雙極型晶體管117;續(xù)流二極管118;電阻119
【具體實施方式】
[0021]下面將結合本實用新型實施例中附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例?；诒緦嵱眯滦偷膶嵤├绢I域技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0022]應注意到:相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。同時，在本實用新型的描述中，術語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0023]如圖1所示，是本實用新型較佳實施例提供的用于降低交流電源輸入諧波的電路的電路圖。所述用于降低交流電源輸入諧波的電路包括母線107、多個絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)模塊、多個電感器、控制器以及多個開關。
[0024]所述控制器均與多個IGBT模塊和多個開關連接，用于控制IGBT模塊以及開關的導通或斷開，所述控制器可以包括存儲器、處理器。其中，存儲器可以是，但不限于，隨機存取存儲器(Random Access Memory，RAM)，只讀存儲器(Read Only Memory，ROM)，可編程只讀存儲器(ProgrammabIe Read-Only Memory，PROM)，可擦除只讀存儲器(Erasabl eProgrammable Read-Only Memory，EPR0M)，電可擦除只讀存儲器(Electric ErasableProgrammable Read-Only Memory，EEPR0M)等。其中，存儲器用于存儲程序，所述處理器在接收到執(zhí)行指令后，執(zhí)行所述程序。
[0025]處理器可能是一種集成電路芯片，具有信號的處理能力。上述的處理器可以是通用處理器，包括中央處理器(Central Processing Unit，簡稱CPU)、網(wǎng)絡處理器(NetworkProcessor，簡稱NP)等;還可以是數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)成可編程門陣列(FPGA)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件。
[0026]所述母線107設置有電容器108，所述電容器108用于儲存電能，并直接為外部連接的負載供電。本實施例中，所述IGBT模塊的個數(shù)為6個，包括第一IGBT模塊101、第二IGBT模塊102、第三IGBT模塊103、第四IGBT模塊104、第五IGBT模塊105以及第六IGBT模塊106，所述第一 IGBT模塊101與所述第二 IGBT模塊102串聯(lián)，組成第一支路;所述第三IGBT模塊103與所述第四IGBT模塊104串聯(lián)，組成第二支路;所述第五IGBT模塊105與所述第六IGBT模塊106串聯(lián)，組成第三支路。所述第一支路、所述第二支路以及所述第三支路并聯(lián)連接，并聯(lián)連接后與所述母線107的兩端分別連接。
[0027]其中，所述IGBT模塊包括絕緣柵雙極型晶體管117和續(xù)流二極管118，所述絕緣柵雙極型晶體管117可以包括絕緣柵型場效應管，所述絕緣柵型場效應管的源極與所述續(xù)流二極管118的正極連接，所述絕緣柵型場效應管的漏極與所述續(xù)流二極管118的負極連接，絕緣柵型場效應管的柵極與所述控制器連接。
[0028]本實用新型實施例中，交流電源選取三相交流電源，當然在其他【具體實施方式】中，交流電源還可以選取其他電源。所述三相交流電源包括三個輸入端，為三相交流電源輸入端的A線、三相交流電源輸入端的B線以及三相交流電源輸入端的C線。本實施例中，所述電感器的個數(shù)為三個，包括第一電感器114、第二電感器115以及第三電感器116，所述三相交流電源輸入端的A線與所述第一電感器114連接，所述三相交流電源輸入端的B線與所述第二電感器115連接，所述三相交流電源輸入端的C線與所述第三電感器116連接，所述第一電感器114、所述第二電感器115以及所述第三電感器116并聯(lián)連接。
[0029]所述第一電感器114連接于所述第一IGBT模塊101和第二IGBT模塊102之間，所述第二電感器115連接于所述第三IGBT模塊103和第四IGBT模塊104之間，所述第三電感器116連接于所述第五IGBT模塊105和第六IGBT模塊106之間。
[0030]所述第一電感器114連接有第一開關109，所述第一開關109與所述第一電感器114并聯(lián)連接，所述第一開關109的一端還串接有一電阻，用于限流。所述第一電感器114還串聯(lián)連接有第三開關111，所述第一開關109與所述第三開關111和所述第一電感器114并聯(lián)。所述第二電感器115并聯(lián)連接有第二開關110，所述第二電感器115還串聯(lián)連接有第四開關112，所述第二開關110與所述第四開關112和所述第二電感器115并聯(lián)連接。所述第三電感器116還串接有第五開關113，本實施例中，所述第五開關113設置與所述三相交流電源輸入端的C線與所述第三電感器116之間。
[0031]本實用新型的用于降低交流電源輸入諧波的電路的工作原理如下:
[0032]首先，三相交流電源輸入端為電容器108預充電。初始狀態(tài)為所有開關和所有IGBT模塊內(nèi)絕緣柵型場效應管的柵極均斷開?？刂破骺刂扑龅谝婚_關109和所述第二開關110閉合，三相交流電源輸入端的A線和三相交流電源輸入端的B線的作為交流電的輸入端，當電流從所述三相交流電源輸入端的A線流出時，其電流經(jīng)過電阻再依次流經(jīng)所述第一 IGBT模塊101、所述電容器108以及所述第四IGBT模塊104最后經(jīng)流回第二開關110所述三相交流電源輸入端的B線，如此，可以為所述電容器108充電，電路的沖擊電流為零，對電容器108不會造成損傷，但是此過程給電容器108充電使電容器108的電壓只能達到一定值，例如約為530Vo
[0033]其次，三相交流電源輸入端為電感器儲能。例如，為第一電感器114和第二電感器115充電。具體的，在完成上述步驟后，控制所述第一開關109和所述第二開關110斷開，控制所述第三開關111、所述第四開關112以及所述第五開關113閉合。當電流為A、B線輸入時，控制器控制所述第二 IGBT模塊102和第四IGBT模塊104的絕緣柵雙極型晶體管117導通，電流依次經(jīng)過第一電感器114、第二 IGBT模塊102、第四IGBT模塊104以及第二電感器115，為所述第一電感器114和所述第二電感器115儲能。需要提到的是，此時如果母線107的兩端連接有負載時，所述負載所需的能量由電容器108提供。
[0034]在三相交流電源輸入端為第一電感器114和第二電感器115儲能的過程中，電流的波形實際上是波動的，近似趨近于正弦波。在波形呈上升趨勢時，控制器控制所述第二IGBT模塊102和第四IGBT模塊104的絕緣柵雙極型晶體管117導通，為所述第一電感和第二電感充電；在波形呈下降趨勢時，控制器控制所述第二IGBT模塊102和第四IGBT模塊104的絕緣柵雙極型晶體管117關閉，電流流向電容器108，為電容器108供電。如此，通過調節(jié)第二IGBT模塊102和第四IGBT模塊104導通的時間間隔，可以調節(jié)所述電流的波形接近于正弦波形，減小諧波。
[0035]不但如此，由于電流的波形和電壓的波形存在一定的相位差，可以通過控制器調節(jié)第二 IGBT模塊102和第四IGBT模塊104的絕緣柵雙極型晶體管117的導通的時間長短來調節(jié)電流的波形趨近于電壓的波形，使輸入電流與電壓同相位，這樣可將交流輸入諧波在輸出負載大于50%時降低到5%，輸出負載滿載時降低到3%，可提高輸出功率。
[0036]當電流為A線和C線輸入時，控制器控制第二IGBT模塊102和第六IGBT模塊106的絕緣柵雙極型晶體管117導通，使在三相交流電源為第一電感器114和第三電感器116儲能；當電流為B線和C線輸入時，控制器控制第四IGBT模塊104和第六IGBT模塊106的絕緣柵雙極型晶體管117導通，使在三相交流電源為第二電感器115和第三電感器116儲能，其儲能的原理與上述方法一致。
[0037]最后，電感器為電容器108升壓。當所有電感器均達到使用需求時，控制器控制所有IGBT模塊的絕緣柵雙極型晶體管117均關閉，電流可以經(jīng)過第一 IGBT模塊1I和第四IGBT模塊104內(nèi)的續(xù)流二極管118續(xù)流，也可以經(jīng)過第一 IGBT模塊1I和第六IGBT模塊106內(nèi)的續(xù)流二極管118續(xù)流，還可以經(jīng)過第三IGBT模塊103和第六IGBT模塊106內(nèi)的續(xù)流二極管118續(xù)流，為所述電容器108補充能量，即同時又三相電源和電感器為所述電容器108提供能量，使得所述電感器的電壓值能夠進一步提升，例如在原有的530V的基礎上提升到680V左右。
[0038]本實用新型的用于降低交流電源輸入諧波的電路尤其適用于減小三相交流電的電源輸入諧波。
[0039]綜上所述，本實用新型的用于降低交流電源輸入諧波的電路通過設置了電感器和IGBT模塊，可以通過控制IGBT模塊的導通的時間長短和時間間隔來實現(xiàn)給電感器和母線上的電容器充電，不但可以保證電容器的電壓達到使用要求，而且還可以使輸入電流使其實時動態(tài)地跟蹤輸入電壓波形，輸入電流波形接近正弦波，且使輸入電流與電壓同相位，這樣不但可以提高輸出功率，而且還可以降低交流輸入的諧波?？蓪⒔涣鬏斎胫C波在輸出負載大于50%時降低到5%，輸出負載滿載時降低到3%。
[0040]采用本實用新型的用于降低交流電源輸入諧波的電路，可取消傳統(tǒng)技術中的移相電抗器，減小產(chǎn)品設計成本，降低產(chǎn)品尺寸和重量，并且可將輸入諧波控制在3%以下(輸出功率為滿載)，同時還避開了現(xiàn)有技術中，中頻電源與有源濾波器容量的配置，外置配件的安裝空間等限制。
[0041]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。應注意至IJ:相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。
[0042]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種用于降低交流電源輸入諧波的電路，其特征在于，包括母線和時序開關電路，所述母線的兩端分別與所述時序開關電路的輸出端連接，所述母線設置有電容器，所述時序開關電路包括多個IGBT模塊，所述多個IGBT模塊并聯(lián)，所述多個IGBT模塊連接有控制器，所述控制器用于控制所述多個IGBT模塊的導通或斷開，所述時序開關電路還連接于交流電源輸入端，所述交流電源輸入端與所述時序開關電路之間連接有電感器和開關，所述開關與所述電感器并聯(lián)連接。2.根據(jù)權利要求1所述的用于降低交流電源輸入諧波的電路，其特征在于，所述交流電源輸入端為三相交流電源輸入端，所述電感器包括第一電感器、第二電感器以及第三電感器，所述三相交流電源輸入端的A線與所述第一電感器連接，所述三相交流電源輸入端的B線與所述第二電感器連接，所述三相交流電源輸入端的C線與所述第三電感器連接，所述第一電感器、所述第二電感器以及所述第三電感器并聯(lián)連接。3.根據(jù)權利要求2所述的用于降低交流電源輸入諧波的電路，其特征在于，所述時序開關電路包括第一支路、第二支路以及第三支路，所述多個IGBT模塊包括第一 IGBT模塊、第二IGBT模塊、第三IGBT模塊、第四IGBT模塊、第五IGBT模塊以及第六IGBT模塊，所述第一 IGBT模塊與所述第二 IGBT模塊串聯(lián)組成所述第一支路;所述第三IGBT模塊與所述第四IGBT模塊串聯(lián)組成所述第二支路;所述第五IGBT模塊與所述第六IGBT模塊串聯(lián)組成所述第三支路，所述第一支路、所述第二支路以及所述第三支路并聯(lián)連接。4.根據(jù)權利要求3所述的用于降低交流電源輸入諧波的電路，其特征在于，所述第一電感器連接于所述第一IGBT模塊和第二IGBT模塊之間，所述第二電感器連接于所述第三IGBT模塊和第四IGBT模塊之間，所述第三電感器連接于所述第五IGBT模塊和第六IGBT模塊之間。5.根據(jù)權利要求4所述的用于降低交流電源輸入諧波的電路，其特征在于，所述開關包括第一開關和第二開關，所述第一開關與所述第一電感器并聯(lián)，所述第二開關與所述第二電感器并聯(lián)。6.根據(jù)權利要求5所述的用于降低交流電源輸入諧波的電路，其特征在于，所述第一電感器還串聯(lián)連接有第三開關，所述第三開關與所述第一開關并聯(lián)，所述第二電感器還串聯(lián)連接有第四開關，所述第四開關與所述第二開關并聯(lián)，所述第三電感器與所述三相交流電源的C線之間設置有第五開關。7.根據(jù)權利要求5所述的用于降低交流電源輸入諧波的電路，其特征在于，所述第一開關的一端還串接有限流電阻。8.根據(jù)權利要求1所述的用于降低交流電源輸入諧波的電路，其特征在于，所述IGBT模塊包括絕緣柵雙極型晶體管和續(xù)流二極管，所述絕緣柵雙極型晶體管和續(xù)流二極管并聯(lián)連接。9.根據(jù)權利要求8所述的用于降低交流電源輸入諧波的電路，其特征在于，所述絕緣柵雙極型晶體管包括絕緣柵型場效應管，所述絕緣柵型場效應管的源極與所述續(xù)流二極管的正極連接，所述絕緣柵型場效應管的漏極與所述續(xù)流二極管的負極連接。10.根據(jù)權利要求1所述的用于降低交流電源輸入諧波的電路，其特征在于，所述控制器還與所述開關連接，用于控制所述開關的開合。
【文檔編號】H02M1/12GK205725440SQ201620345392
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】鄭堯, 馮治富, 王征, 楊西全, 劉尚勇
【申請人】四川航電微能源有限公司