虛擬六相整流器電源裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了經(jīng)過長期探索、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所發(fā)現(xiàn)的三相電制式中存在的“線電壓損失”，表現(xiàn)為傳統(tǒng)三相橋式整流器的低效率。國內(nèi)用戶和國家權(quán)威電器測試部門的對比試驗(yàn)客觀證實(shí)了這一缺陷的存在。本發(fā)明中闡述的理論分析對此機(jī)制性缺陷的產(chǎn)生和解決方案加以充分論證和推理?！叭嚯娭频木€電壓損失”，可為輸出電壓高、輸出功率大，整流效率有大幅提升的虛擬六相整流器所克服。虛擬六相整流器可用于包括變頻器在內(nèi)的所有大功率整流電源，應(yīng)用面極廣、前景輝煌。
【專利說明】虛擬六相整流器電源裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電學(xué)技術(shù)中的變流【技術(shù)領(lǐng)域】，用于將交流電變換為直流電的直流電源 裝置或變頻電源裝置，具體地說，是一種結(jié)構(gòu)近似于現(xiàn)有三相整流器、成本類同于三相整流 器、效率明顯高于三相整流器、且能廣泛替代現(xiàn)有三相整流器的新整流器拓樸結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電源【技術(shù)領(lǐng)域】，目前大功率直流電源普遍采用三相電網(wǎng)供電，通過三相橋式整 流器變換為直流電的模式，大容量交流變頻電源也取自三相電網(wǎng)并采用整流后直流電源作 中間環(huán)節(jié)，然后再將直流電逆變成交流輸出的交直交模式，其中，三相橋式整流器是一種普 遍使用的AC/DC變換裝置。三相橋式整流器往往采用三相線電壓直接輸入，由于三相電體 制中存在"線電壓損失"的內(nèi)在缺陷，而未能高效利用相電壓，造成輸出直流電壓小、整流效 率低，能源浪費(fèi)，不符合當(dāng)今社會大力提倡的節(jié)能減排原則。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 發(fā)明人首先發(fā)現(xiàn)了"三相電制中的線電壓損失"，本發(fā)明的目的是通過挖掘整流器 的技術(shù)潛力，結(jié)合能把整流電壓升高一定倍率的新整流器拓樸結(jié)構(gòu)，使整流設(shè)備比傳統(tǒng)整 流器容量提高、效率上升，以使相關(guān)的變流電源裝置達(dá)到節(jié)能省料的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)雙重目標(biāo)。
[0004] 本發(fā)明的整流器電源裝置是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種由三相供電源（1)、整流器（2)和濾 波電容（3)組成的電源裝置，其特征為，三相供電源（1)為帶零線輸出的三相四線結(jié)構(gòu)；整 流器（2)為虛擬六相整流器拓樸結(jié)構(gòu)，其具體構(gòu)成為：整流器（2)由三條并聯(lián)支路組成，并 聯(lián)支路分別由二極器Dl和D4、D2和D5、D3和D6相互成對同向串聯(lián)，每條并聯(lián)支路中所串 聯(lián)的二個二極管的中點(diǎn)接供電源（1)的輸出相線；整流器（2)中二極器D1-D3的共接負(fù)端 為直流電的正極，二極器D4-D6的共接正端為直流電的負(fù)極；濾波電容（3)由相等容量的電 容器Cl和C2相串聯(lián)，Cl和C2的中點(diǎn)接到三相供電源（1)的零線，Cl和C2的另一端分別 接直流電的正負(fù)極。
[0005] 本發(fā)明的二大實(shí)質(zhì)改進(jìn)在于：將利用傳統(tǒng)三相供電源的線電壓輸出改進(jìn)為利用供 電源的相電壓輸出；將整流器的性質(zhì)在低成本的前提下由三相橋式整流器改變?yōu)樘摂M六相 整流器拓樸結(jié)構(gòu)。二大改進(jìn)能普遍提升整流器所輸出的直流電壓，在相同的交流輸入電流 時增加直流輸出功率，從而降低電源裝置的單位功率成本，同時也較大幅度提高了整流器 的效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006] 圖1、三相交流電壓矢量圖和傳統(tǒng)三相橋式整流器。
[0007] 圖2、五相和七相交流電壓矢量圖。
[0008] 圖3、三相、四相和六相交流電壓矢量對照圖。
[0009] 圖4、采用自耦變壓器將三相電變換成六相電及其電壓矢量圖。
[0010] 圖5、本發(fā)明的虛擬六相整流器拓樸結(jié)構(gòu)圖。
[0011] 圖6、虛擬六相整流器拓樸結(jié)構(gòu)的分拆分析圖。
[0012] 圖7、"未經(jīng)濾波"的虛擬六相整流器各部分電壓波形圖。
[0013] 圖8、虛擬六相整流器與三相橋式整流器直流輸出電壓比較圖。
[0014] 圖9、增加濾波電容器C3的虛擬六相整流器拓樸結(jié)構(gòu)圖。
[0015] 圖10、變頻電源裝置框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 虛擬六相整流器的【具體實(shí)施方式】其實(shí)并不復(fù)雜，但由于本發(fā)明首次發(fā)現(xiàn)"三相電 制式的線電壓損失"這一重大缺陷，在為什么要將三相橋式整流器改進(jìn)為虛擬六相整流器 的過程中，有必要將這一進(jìn)化的過程講解清楚。
[0017] 圖1為三相交流電壓矢量圖和傳統(tǒng)三相橋式整流器。假設(shè)發(fā)電機(jī)G的相電壓為 220V，星形接法，由三根相線將電壓接入橋式整流器的輸入端，實(shí)際上利用的是交流電的線 電壓380V。整流橋正是對380V的線電壓進(jìn)行整流變換，才能獲得直流電輸出，所以其輸出 直流電壓與380V的線電壓正相關(guān)。
[0018] 圖2所示為奇數(shù)相數(shù)-五相和七相交流電壓矢量圖。同樣的220V相電壓，五相 制交流電的最高線電壓418V，七相制交流電的最高線電壓更高達(dá)429V。從圖上可以很直觀 方便地比較出它們在數(shù)量上與三相電的區(qū)別。
[0019] 3、5、7......等奇數(shù)相數(shù)交流電的最高線電壓Umax的計(jì)算公式為：
[0020] Umax= 2υφ8；?η[360。X(N_1)/4N] (式-I)
[0021] 式中，Utc為交流電的相電壓，
[0022] N為交流電的相數(shù)。
[0023] 按（式-1)可計(jì)算出三相、五相、七相交流電制中最高線電壓分別為
[0024]Umax3 = 380V,
[0025]Umax5 = 418V,
[0026]Umax7 = 429V。
[0027] 雖然五相或七相電制有多種線電壓，但最高線電壓只有一種。
[0028] 由于整流二極管的單向?qū)ㄌ卣髦辉试S最高電壓導(dǎo)通，其它線電壓不起作用，所 以整流器直流輸出電壓的幅值與最高線電壓成正相關(guān)。這意味著，同樣數(shù)值的相電壓，相數(shù) 越多的交流電制，其直流輸出電壓越高。
[0029] 圖3所示為三相、四相和六相交流電壓矢量對照圖。從圖中看出，偶數(shù)相電制中的 最高線電壓Umax均為二倍相電壓。
[0030]Umax3 = 380V,
[0031] 而Umax4 =Umax6 ........ 440V〇
[0032] 根據(jù)實(shí)驗(yàn)和理論分析，各種相數(shù)電制下的交直流電壓的比較如表1所示。
[0033] 表1各種相數(shù)電制下的交直流電壓的比較表
[0034]
【權(quán)利要求】
1. 一種由三相供電源（1)、整流器⑵和濾波電容（3)組成的電源裝置，其特征為，三 相供電源（1)為帶零線輸出的三相四線結(jié)構(gòu)；整流器（2)為虛擬六相整流器拓樸結(jié)構(gòu)，其具 體構(gòu)成為：整流器（2)由三條并聯(lián)支路組成，并聯(lián)支路分別由二極器D1和D4、D2和D5、D3 和D6相互成對同向串聯(lián)，每條并聯(lián)支路中所串聯(lián)的二個二極管的中點(diǎn)接供電源（1)的輸出 相線；整流器（2)中二極器D1-D3的共接負(fù)端為直流電的正極，二極器D4-D6的共接正端為 直流電的負(fù)極；濾波電容（3)由相等容量的電容器C1和C2相串聯(lián)，C1和C2的中點(diǎn)接到三 相供電源⑴的零線，C1和C2的另一端分別接直流電的正負(fù)極。
2. 權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征為，三相供電源（1)為三相四線制的電網(wǎng)、或者 三相四線制的變壓器、或者帶零線的三相發(fā)電機(jī)，通常三相四線制的電網(wǎng)、變壓器或發(fā)電機(jī) 繞組采用星形繞組，或稱Y形接法。
3. 權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征為，整流二極管可以采用六個硅二極管的分列 器件，也可以直接采用一個由六個硅二極管集成在一起的三相橋式整流橋模塊；整流器的 電壓、電流額定容量應(yīng)符合供電源和電源裝置額定功率的要求。
4. 權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征為，C1和C2的二端各并聯(lián)合適容量的小損耗角 介質(zhì)的薄膜電容器，使整流后產(chǎn)生的高頻諧波能通過這些電容得到旁路，減少電解電容器 的發(fā)熱。
5. 權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征為，在濾波電容（3)中的直流輸出二端，還并聯(lián) 有額外的濾波電容器C3。
6. 權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征為，裝置內(nèi)除了三相供電源（1)、整流器（2)和 濾波電容（3)外，還有DC/AC變換器（4)和控制器（5)，以將整流器輸出的直流電壓逆變?yōu)?交流電壓，輸出變頻交流電；控制器（5)用來為實(shí)現(xiàn)變頻器所需要的控制。
【文檔編號】H02M7/06GK104426392SQ201310381920
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】於岳亮, 於菲 申請人:上海穩(wěn)得新能源科技有限公司