[发明专利]无源单相低谐波整流的方法及装置

说明书

本发明是一种显著降低整流装置产生的电流谐波含量——THD的方法，属于交流——直流电源变换设备的技术领域。

传统的交流——直流不可控(二极管)整流广泛地应用于工业生产中。这种电路结构简单，可靠性高，但在交流电网侧产生严重的电流谐波，功率因数也因此而下降。为了减少这种由整流装置产生的谐波污染，有两种基本方法。一种是增加一额外的谐波滤波装置，采取边污染边治理，即治表的方法。显然这种方法不能从根本上解决问题，且成本也高。另一种是治本的方法，即研制低谐波的整流装置取代高谐波的整流装置，使谐波污染降到最低水平。近年来人们研制出了交流电网侧电流波形接近正弦波的低谐波整流装置，利用微电子技术实时、智能控制全控型电力电子器件通、断。但由于控制复杂，价格昂贵，运行不可靠，再加上目前功率较小，严重制约了这种装置的推广。另外，基于无源L、C网络的简单、成本低廉、运行可靠的优点，人们一直致力于寻求一种无源的低谐波整流装置，相继提出了许多方案，但效果均不佳。

本发明的目的是提供一种结构简单、成本低、效果好的无源单相低谐波整流的方法及装置。

本发明的方案是首先从整流器的输入端输入交流电流，从整流器的输出端输出含有谐波的直流电流，然后将该直流电流中的谐波部分回馈到整流器的输入端即将二次谐波正、反相交替注入单相整流装置的电源输入端来抵消电流中所含谐波的含量，最后由整流装置的输出端输出直流电流。谐波注入抵消部分由电感和电容相串联所组成，当谐波注入抵消部分接在整流器的输出端时，谐波注入抵消部分的二端分别接在整流器的正、负两端形成并联通道，当谐波注入抵消部分跨接在整流器的两端时，电感器和电容相串联后，电感的一端接在整流器输出端的正端，电容的一端采用两只电容分别接电源两个输入端上形成回馈通道。其基本结构有四种：现分别叙述第一种是采用回馈通道和并联通道共同作用来抵消谐波，由电容C₁₁、C₂₁和C_c1及电感L_c1所组成。其中电感L_c1和电容C_c1相串联后，并接在单相桥式整流装置的输出端，电容C₁₁、C₂₁的一端分别接在单相桥式整流的电源输入端，另一端连接在一起与电感L_c1和电容C_c1的结点P相接。第二种是仅用回馈通道谐波注入来抵消谐波，回馈通道由一只电感L_f和两只电容C₁、C₂所组成。电感L_f的一端接在单相桥式整流装置的输出端，另一端分别与电容C₁、C₂相连接，电容C₁、C₂的另一端分别与单相桥式整流装置的电流输入端相连接。第三种是仅通过并联通道的谐波注入来抵消谐波，并联通道由一只电感L_c和一只电容C_c所组成。电感L_c和电容C_c相串联后并接单相桥式整流装置的输出端。第四种是采用二套并联的整流装置时电感L′和电容C′相串联后并联于其中的一套整流装置整流器的输出端。

本发明的原理是通过增加一无源谐振电路，将单相桥式整流固有的二次谐波正、反相交替注入交流输入端，来抵消电流中所含的大部分谐波分量。当采用第一种结构时，通过调整该结构中各电容量的相对大小，就可以调整电容之间的比值关系，可调整注入系数ρ(即所注入的二次谐波峰值与负载直流之比)，达到最佳的谐波抵消效果，可使THD从原来的50％左右下降到10％以下。

本发明的优点在于：

1.谐波抵消效果好，最优方案可使电流谐波含量THD从50％降至10％以下，且无功率损耗。

2.采用简单的无源网络并联连结，结构造价低，易于实现且运行可靠。

3.负载变化若干倍的情况下，对抵消的效果基本没有影响，适应性强。

4.各种参数漂移对抵消效果影响不大。如电网频率漂移±1％且组成无源谐振网络的L、C参数漂移±3％时，补偿后的网侧电流谐波含量THD＜15％，最小时仅为6.3％。

本发明的方法与装置不仅在新型整流装置的制造方面有很高的应用价值，而且在设备的改造中，应用的前景也是非常广阔的。

图1是本发明中采用回馈通道和并联通道共同作用的抵消方法时的电路结构原理图。其中R_L为负载，L₀为平波电抗器。