節(jié)能型雙三相整流系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電技術變流中的整流器領域，具體地說，是提出一類采用三相交流電 壓輸入，大功率直流電輸出的多相整流設備。
【背景技術】
[0002] 在電整流器技術領域，大功率的直流輸出普遍采用三相整流器，原因是三相整流 器比單相整流器輸出電壓高、功率大、紋波小、電壓穩(wěn)定度好。但是，繼續(xù)增加三相整流器的 輸出電功率，由于流入整流器交流端的是非正弦的電流，含有很多諧波，造成電壓畸變，將 對電網(wǎng)注入大量諧波污染、諧波損耗，同時交流側的功率因數(shù)也將隨之降低。對此，通常是 采用PWM整流，或者是采用諧波處理和功率因數(shù)調節(jié)設備加以改進，而更傳統(tǒng)的做法是采 用變壓器移相，獲得多相電，然后用多相整流器整流的方法來解決。要提高整流設備的脈波 數(shù)，就需要采用多脈波整流變壓器。在物理機制上，多脈波整流變壓器可以理解為，將三相 電變換為多相電，以降低非正弦的電流引起的電網(wǎng)電壓畸變并提高功率因數(shù)。相數(shù)越多，直 流電流對交流電壓波形產生的畸變越小，交流電壓中的諧波越少，功率因數(shù)越高，但整流變 壓器的數(shù)量會隨著相數(shù)的增加而增多，當然采用整流變壓器也必然會增加很多成本。對于 大功率整流而言，整個整流器裝置的輸出能力和效率更是系統(tǒng)設備最關注的要點。諧波會 增加電能損耗，加上變壓器的損耗，都會降低整個整流器系統(tǒng)的能耗。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的首先是揭示雙三相整流器的增效節(jié)能機理，即"交叉線電壓效應"， 以提高整流器裝置的輸出能力和效率；進而，減省掉整流變壓器，節(jié)約變相的成本。方法在 于利用系統(tǒng)中的移相電路產生另一組對稱三相電，與原有對稱三相電相差一定的電角度， 兩組三相電一起進入雙三相整流器，通過"交叉線電壓效應"，以達到提高整流器裝置的輸 出能力和效率的節(jié)能節(jié)材總目標。
[0004] 本發(fā)明的雙三相整流系統(tǒng)由三相交流電源（1)、三相功率因數(shù)補償電容器C、整流 器A (3)構成，三相功率因數(shù)補償電容器C跨接在三相線電壓u、v、w間，三相電接入三相整 流器A的交流端，其特征為，系統(tǒng)中還有移相電路（2)和整流器B ;移相電路將線電壓u、v、 w相移為另一組三相電X、y、z并接入整流器B的交流端；三相整流器A與三相整流器B的 直流輸出端必須直接并聯(lián)連接；由雙三相電系產生的交叉線電壓所新增的電壓和功率，使 系統(tǒng)具有高效節(jié)能的優(yōu)點。
[0005] 本發(fā)明的技術效果是明顯的，首先，采用雙三相整流器拓撲結構有提高整流器直 流輸出電壓、輸出功率和整流效率的特征，具有明顯的節(jié)能效果。其次，設備可以不需要多 相整流變壓器，既可達到12脈波整流的目標，以降低電網(wǎng)電壓畸變影響和提高功率因數(shù)， 又降低了設備成本。而代替變壓器作分相運行的是本來已存在的功率因數(shù)補償電容器，使 該電容器既仍舊可以起到補償電容作用，又執(zhí)行了分相作用，可謂一舉兩得，也具有節(jié)材的 效果。
【附圖說明】
[0006] 圖1、傳統(tǒng)的三相整流設備電原理線路和相量圖。
[0007] 圖2、未經(jīng)濾波的傳統(tǒng)三相整流器整流波形圖。
[0008] 圖3、雙三相整流器拓撲結構圖。
[0009] 圖4、雙三相整流器相量圖。
[0010] 圖5、六相整流器線電壓相量圖。
[0011] 圖6、雙三相整流器線電壓相量分析圖。
[0012] 圖7、未經(jīng)濾波的雙三相整流器直流輸出電壓波形示意圖。
[0013] 圖8、采用功率因數(shù)補償電容器移相的電容器接線圖。
[0014] 圖9、無整流變壓器雙三相整流系統(tǒng)拓撲結構圖。
[0015] 圖10、整流器B無輸出時的三相電X相量位置圖。
[0016] 圖11、整流器B有輸出時的三相電X相量位置圖。
[0017] 圖12、增加串聯(lián)電抗器的雙三相整流系統(tǒng)拓撲結構圖。
【具體實施方式】
[0018] 圖1為傳統(tǒng)的三相整流器電原理線路和相量圖。在圖la)的線路中，三相交流電 源⑴通常為電網(wǎng)，電網(wǎng)可以看作一臺等效發(fā)電機G，G可以是一種無限大功率的巨型發(fā)電 機，也可以是一臺有限功率的普通三相交流發(fā)電機，三相電以u、v、w表示，u、v、w三根相線 接入整流橋A的交流輸入端。三相整流橋A(3)由三個整流分支相并聯(lián)，每個分支由兩只整 流二極管同方向相串聯(lián)，例如D1和D4、D2和D5、D3和D6,在兩只串聯(lián)整流二極管的中間接 交流電。三個正輸出整流二極管D1~D3和三個負輸出整流二極管D4~D6為直流輸出端， 正輸出整流管的負端相并聯(lián)，成為直流正端，負輸出整流管的正端相并聯(lián)，成為直流負端。
[0019] 圖lb)為三相交流電的相量圖，三個相電壓Uu、Uv、Uw的終點為u、v、w，三個相電壓 相等且呈120°相位差對稱分布，假如相電壓為220V的話，則由相線引出的線電壓為380V， 連線uv既代表了線電壓Uuv的相位，其長度又代表了 Uuv的電壓數(shù)值。
[0020] 圖2為未經(jīng)濾波的傳統(tǒng)三相整流器整流波形圖。如將整流二極管看作一個理想的 單向導通器件，并忽略其正向導通壓降和內阻，則整流器輸出直流電壓Udc的波形相當于 將三相電壓上下端包絡線間的長度取零電壓坐標向上排列?？梢杂嬎愕茫斚嚯妷簽?20V 時，Udcmax 約為 537V。
[0022] 由于供電只有一路三相電壓，所以雙三相整流設備的第一宗實現(xiàn)途徑就是通過移 相變壓器，得到一定移相角、且電壓與原三相電壓相等的另一組三相電壓X、y、z，然后增加 另一個三相整流器。
[0023] 圖3為雙三相整流器拓撲結構圖。三相交流電源⑴和三相整流橋A(3)與圖1傳 統(tǒng)的三相整流設備相同，不重復說明。所增加的部分為移相變壓器（2)和三相整流橋B(3)。 三相整流橋B (3)由三個整流分支相并聯(lián)，每個分支由兩只整流二極管D7和D10、D8和D11、 D9和D12，同方向相串聯(lián)，在兩只串聯(lián)整流二極管的中間接交流電壓X、y、z。三個正輸出整 流二極管D7~D9的負端并聯(lián)連接成為直流正端，三個負輸出整流二極管D10~D12的正 端并聯(lián)連接成為直流負端，然后將整流橋A、整流橋B的直流輸出端直接并聯(lián)連接。
[0024] 與傳統(tǒng)的12脈波整流器不同，雙三相整流器的特征是，兩組三相交流電均為星形 接法且他們有共有的中心零線；他們的相電壓相同且對應相的相角差相同。相角差區(qū)間分 布為15°~45°，典型值為30° ;三相整流橋A的直流正端和負端必須分別與三相整流橋 B的直流正端和負端直接并聯(lián)連接。三相功率因數(shù)補償電容器C跨接在三相線電壓u、v、w 間用于平衡變壓器的感性無功電流。
[0025] 移相變壓器大多采用傳統(tǒng)的一次側、二次側移相的量、角聯(lián)結，繞組串聯(lián)實現(xiàn)移 相，也有采用帶磁分路的新型鐵心結構的移相變壓器。
[0026] 圖4為雙三相整流器的電壓相量圖。兩組三相交流電為星形接法對稱三相，且他 們有共有的中心零線，他們的相電壓相同且對應相的典型相角差為30°，即u、v、w和x、y、 Z都是對稱的三相電壓，u相和X相、v和y相、w相和z相保持30°的相位差。
[0027] 雙三相交流電與六相電制式不同，雖然他們都有六個相電壓，但后者的相電壓是 60°等相位差的相電壓，盡管他們的整流器物理結構相同，但整流后的波形、電壓和紋波都 是不同的。
[0028] 圖5為六相整流器線電壓相量圖。六個相電壓幅值相等，相位差為60°，其實，六 相電相當于把三相電倒相取反后與原有三相電聯(lián)合所構成，由于橋式整流器本身具有自然 的倒相功能，所以六相整流器雖然比三相整流器多一倍整流管，但其諧波頻率仍是6倍頻， 或