[发明专利]自换相整流电路及无功转化方法

说明书

技术领域

本发明是一种整流电路。自换相整流电路能将电感性负载或电容性负载或串联了直流电抗器的电阻性负载中贮存的无功能量转化为能被负载所用的有功能量，并能极大提高电阻性负载功率因数的一种新型整流电路。可应用于电化学电解系统、直流冶炼系统、电机励磁系统、一些集成电路系统等，特别是在直流输电系统具有重要作用。本专利在十二脉波以上系统也可应用，应用原理相同。

背景技术

整流电路是一种能把交流电变成直流电的，由电力电子器件构成的电力电子电路。广泛应用于工农业生产、社会生活、科学试验等各个领域。

按结构分成桥式（包括六相星形中点不引出桥式、等边六角形桥式）、双反星形、单相全波中点引出、三相半波、三相曲折形、六相星形中点引出、六相叉形（双曲折形）等等多种整流电路形式（见变压器行业用整流变压器设计手册）。

按采用电子器件的控制类型不同分成全控型、半控型和非相控型整流电路。同理，各换相组也可分成全控型和非相控型。还可以按相数和输出波形分类等等。

由两个串联换相组组成的六脉波整流电路系统叫六脉波桥式整流电路，是构成十二脉波以上桥式整流电路的基本单元。

应用较多的双反星形整流电路主要分为带平衡电抗器的双反星形整流电路和变压器采用三相五柱式铁心取消平衡电抗器的双反星形整流电路（三相五柱式双反星形整流电路）。

桥式整流电路应用较多的主要有单相、三相星形或角形桥式整流电路。当半控桥式整流电路接入感性负载时，必须在负载两端接入续流二极管以保持电感电流的通路，以防止可控硅关断时在电感负载两端产生危险的过电压和保证可控硅能够换相导通。

整流电路在实际工作中，由于变压器电抗的存在，换相不可能瞬时完成，而是整流电路一个换相组的前一个整流臂慢慢减流，后一个整流臂慢慢增流，出现两个整流臂同时工作的现象，这种现象叫重叠现象，也叫换相现象。例如当相控角α=0时，在整流电路相电压曲线的交点P处，已经导电的整流臂1的相电压e_a，和将要导电的整流臂2的相电压e_b相等，于是整流臂2开始导电，负载电流开始由整流臂1向整流臂2转移，产生换相。由于换相电抗的存在，换相不可能瞬时完成，当负载电流完全由整流臂1转移至整流臂2后，换相结束，整流换相所经历的时间电角度（工作周期角）称为换相角或重叠角。换相期间整流电路会出现电压突降现象（电压突然降低）。

在可控（相控）整流电路中，晶闸管利用控制门极触发脉冲的相位调节直流电压的大小，整流器输出直流电压与相控角α的函数关系称为相位控制特性。相位控制（相控）下，在换相点处将要导电的整流臂2继续关断，已经导电的整流臂1过换相点后继续导电，换相被推迟。均匀联结的整流器输出的直流电压U_d=U_d0COSα，其中U_d0是非相控整流器理想空载直流输出电压（V）。

相控整流电路输出直流电压随相控角（触发延迟角）α的增加而降低，当相控角大于临界相控角α_L时，整流臂开始在交流电压的负半周导电，整流电路临界相控角α_L=π/2-π/p,其中p为脉波数。

例如在三相整流电路中，一个电压周波每个整流臂工作时间（时长）所经历的的电角度（时间电角度）ξ=120°，120°的工作时长也可叫一个整流臂的工作周期角，整流臂的工作周期角也是负载的工作周期角即负载的工作时长。

发明内容

自换相整流电路，其特征是：全控整流电路一个换相组内两个依次导电的整流臂在相电压曲线交点的换相点处，已经导电的整流臂1的相电压，和将要导电的整流臂2的相电压相等，在换相点处或在换相点后已经导电的整流臂1利用控制门极触发脉冲关断；将要导电的整流臂2在换相点后继续相控，相控角α≥0；需要换相时，整流臂2利用控制门极触发脉冲导通，完成换相；

其中，整流臂1在换相点后或可延迟关断，继续导电一个时间电角度β，β是整流臂1在换相点后的关断角，其中0≤β≤α。

其中，自换相整流电路整流臂1从换相点开始的关断角0≤β≤α。当β=α=0，可消除重叠现象；当β=0，α＞0时，相控整流臂输出电压为零的工作周期角ξ_n=α；当β＞0，β＜α时，相控整流臂输出电压为零的工作周期角ξ_n=α-β；当β＞0，β=α时，相当于普通相控整流电路的电压控制效率并消除重叠现象。