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CN1164020C - 用于三相供电系统的功率因数校正电路 - Google Patents

用于三相供电系统的功率因数校正电路 Download PDF

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CN1164020C CNB001060260A CN00106026A CN1164020C CN 1164020 C CN1164020 C CN 1164020C CN B001060260 A CNB001060260 A CN B001060260A CN 00106026 A CN00106026 A CN 00106026A CN 1164020 C CN1164020 C CN 1164020C
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朱贤龙
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Abstract

本发明提供了一种用于由单相桥式整流电路组成的三相供电系统的功率因数校正电路，该功率因数校正电路包括一个三相电抗器，以及与单相桥式整流输入电路的两个输入端并联的三个电容，并由此形成一个中线。通过该中线，使得3n(n为自然数)次谐波电流注入到单相全桥整流输入电路中，三相电源输入电流再经过三相电抗器的滤波作用，从而达到提高三相输入功率因数之目的，并可使三相电源系统的输入电流谐波含量符合IEC1000-3-2的标准，该功率因数校正电路既可以用于三相三线制电网，又可以用于三相四线制电网。

Description

用于三相供电系统的功率因数校正电路
本发明涉及用于三相供电系统的功率因数校正电路，特别是涉及一种以单相全桥整流器为输入电路组成的三相供电系统的功率因数校正电路。
现有技术单相全桥整流输入电路组成的三相电源系统如图1和图2所示。其中，图1是常见的单相全桥整流输入电路，在A相与中线N之间输入的交流电源，经由桥式连接的四个二极管整流，通过电感L和电容C滤波平滑后输出直流电流，供给负载RL。由于整流二极管的单向导电性，导致经过整流二极管的电流产生相位滞后和多次谐波分量，并使输入功率因数偏低。
图2是以图1所示的单相全桥整流电源模块(以带框二极管示出)分别连接到A、B、和C三相与中线N之间而构成的三相电源系统。这种由单相全桥整流输入电路电源模块组成的三相电源系统，一般存在着功率因数偏低(≤90％)和谐波含量偏大的问题，谐波含量也难以达到IEC(国际电工委员会)标准。
为了解决上述功率因数偏低和谐波含量达不到要求的问题，常用的方法有两类。一类是进行有源功率因数校正，即在单相输入整流电路中加入以功率开关管为特征而组成的有源功率因数校正电路，由控制电路驱动开关管动作进行功率因数校正，使功率因数达到99％以上，且谐波含量符合IEC标准，但其缺点是增加了电路的复杂性，导致成本上升，而且系统可靠性和稳定性不易做好。
另一方案是在单相输入整流电路中加入以电感和电容为特征而组成的无源功率因数校正电路，如图1所示，虽然通过电感L和电容C滤波滤除了相当的谐波分量，但是仍然有相当高的谐波分量存在于经过整流后的电流中。虽然该方案中的功率因数得以提高到87％以上，但谐波含量难以达IEC1000-3-2标准，且整流输出的直流电压波动较大，导致直流负载工作受到影响。此外，这类系统在三相三线制电网上将无法使用，只能用于三相四线制系统。
因此，所需要的是一种可以提高功率因数并可用于三相三线制供电系统的功率因数校正电路。
本发明的目的在于为以单相桥式整流器作为输入电路的电源模块所组成的三相电源系统提供一种用于功率因数校正的电路，并使谐波含量符合IEC1000-3-2的标准，该功率因数校正电路既可以用于三相三线制电网，又可以用于三相四线制电网。
为达到上述目的，本发明提供了一种三相供电系统的功率因数校正电路，包括在所述三相供电系统的每个输入相线上连接的一个以单相桥式整流器为输入电路的单相负载，所述三相供电系统的特征在于：
在所述每个输入相线的单相全桥整流电路的两个输入端之间分别并联连接一个电容，从而形成所述电源中线。
所述的功率因数校正电路，还包括在三相输入相线上设置一个串联三相电抗器。
所述的功率因数校正电路，其中所述每个电容的容值是一致的。
所述的功率因数校正电路，其中所述中线电容的容值为30μF。
所述的功率因数校正电路，其中所述三相供电系统为以单相桥式整流电路组成的三相供电系统。
所述的功率因数校正电路，其中所述串联电抗器的感抗为5mH。
所述的功率因数校正电路，还包括在所形成中线上串联一个电感。
本发明的优点在于：由于本发明的功率因数校正电路以单相全桥整流输入电路和中线电容组成，因此，本发明的功率因数校正电路可以用于多相供电系统。尤其是，根据本发明的功率因数校正电路可以用于三相供电系统。进而，如果在三相供电系统中，采用三相电抗器在相线上进一步减少电流谐波含量，则在加入中线电容以形成中线和注入3n次谐波电流的条件下，既提高了功率因数而又不会影响直流输出电压的大小。若用中线电感，还具有可以调整注入三次谐波电流大小的优点。
下面，结合附图，对本发明进行详细说明，将使本发明的目的和优点变得更清楚，其中：
图1是现有技术的用于三相供电系统的功率因数校正电路的单相桥式整流输入电路；
图2是现有的具有由单相桥式整流输入电路作为三相供电系统的示意图；
图3是本发明的单相输入整流电路与负载示意图。
图4是本发明的用于三相三线制供电系统的功率因数校正电路。
下面，将参照附图，说明本发明的各个优选实施例。
本发明的优选实施例
首先，为便于说明本发明的原理，以下是以三相供电系统为例。但是，本发明的功率因数校正电路可以用于两相以上的多相供电系统。
为说明本发明的原理，请参见图4所示。其中，以二极管框图代表以单相桥式整流器作为输入电路的电源模块。由图可见，三个单相桥式整流输入电路分别串联连接到三个输入相线A、B、和C上。进而，在三个输入相线A、B、和C上分别设置中线电容器Ca、Cb、和Cc。这三个中线电容的另一端连接到单相桥式整流输入电路的另一个输入端以形成输入中线N。
另一方面，按照本发明的功率因数校正电路，在三相输入相线上设置一个串联的电抗器，此时的串联电抗器与现有技术的串联电抗器的意义不同，它与三个与中线相联的电容共同作用，只有3n次谐波被注入整流器而其他谐波受到抑制。从而不会使整流器输出直流电压下降。此时的串联电抗器T既具有抑制相线谐波电流、改善电流波形的作用，同时又保持整流输出的直流电压不会降低偏大。因此，其既提高了功率因数，抑制了谐波电流，同时又不会影响直流负载上的电压。根据本发明的另一个优选实施例，还可以在中线N上设置串联电感Ln。这时，3×n次谐波就通过中线N和中线电感Ln注入到单相整流输入电路中。该串联电感Ln还具有调整中线电流，即3×n次谐波电流大小的优点。
由此可见，本发明的功率因数校正电路是在现有技术的单相桥式整流输入电路上并联中线电容以形成中线和注入3n次谐波电流的基础上，又用电抗器在输入相线上进一步减少电流谐波含量，并且可以提高功率因数而又不影响直流输出电压的大小。另外，若再在中线上串联电感，还具有可以调整注入三次谐波电流大小的优点。
根据本发明的优选实施例，每个中线电容Ca、Cb、和Cc的电容值相等，为30μF。而串联电抗器Ln的电感值为5mH。在以额定负载作为设计容量，且在输入电流的50％以上负载时，可使功率因数达90％以上，并可使三相供电系统的谐波含量符合IEC1000-3-2的标准。此外，根据本发明的功率因数校正电路既可用于三相三线制电网，又可用于三相四线制电网。
虽然以上已经详细地介绍了根据本发明的优选实施方案，但是应当理解，在不脱离权利要求书所规定的本发明的精神和范围的情况下，可以有各种各样的变化，替代方案，和备选方案。

Claims (7)

1.一种三相供电系统的功率因数校正电路，包括在所述三相供电系统的每个输入相线上连接的一个以单相桥式整流器为输入电路的单相负载，所述三相供电系统的特征在于：
在所述每个输入相线的单相全桥整流电路的两个输入端之间分别并联连接一个电容，从而形成所述电源中线。
2.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，还包括在三相输入相线上设置一个串联三相电抗器。
3.根据权利要求2所述的功率因数校正电路，其中所述每个电容的容值是一致的。
4.根据权利要求3所述的功率因数校正电路，其中所述中线电容的容值为30μF。
5.根据权利要求4所述的功率因数校正电路，其中所述三相供电系统为以单相桥式整流电路组成的三相供电系统。
6.根据权利要求5所述的功率因数校正电路，其中所述串联电抗器的感抗为5mH。
7.根据权利要求6所述的功率因数校正电路，还包括在所形成中线上串联一个电感。
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