[发明专利]虚拟六相整流器电源装置

说明书

技术领域

本发明属于电学技术中的变流技术领域，用于将交流电变换为直流电的直流电源装置或变频电源装置，具体地说，是一种结构近似于现有三相整流器、成本类同于三相整流器、效率明显高于三相整流器、且能广泛替代现有三相整流器的新整流器拓朴结构。

背景技术

在电源技术领域，目前大功率直流电源普遍采用三相电网供电，通过三相桥式整流器变换为直流电的模式，大容量交流变频电源也取自三相电网并采用整流后直流电源作中间环节，然后再将直流电逆变成交流输出的交直交模式，其中，三相桥式整流器是一种普遍使用的AC/DC变换装置。三相桥式整流器往往采用三相线电压直接输入，由于三相电体制中存在“线电压损失”的内在缺陷，而未能高效利用相电压，造成输出直流电压小、整流效率低，能源浪费，不符合当今社会大力提倡的节能减排原则。

发明内容

发明人首先发现了“三相电制中的线电压损失”，本发明的目的是通过挖掘整流器的技术潜力，结合能把整流电压升高一定倍率的新整流器拓朴结构，使整流设备比传统整流器容量提高、效率上升，以使相关的变流电源装置达到节能省料的技术和经济双重目标。

本发明的整流器电源装置是这样实现的，一种由三相供电源(1)、整流器(2)和滤波电容(3)组成的电源装置，其特征为，三相供电源(1)为带零线输出的三相四线结构；整流器(2)为虚拟六相整流器拓朴结构，其具体构成为：整流器(2)由三条并联支路组成，并联支路分别由二极器D1和D4、D2和D5、D3和D6相互成对同向串联，每条并联支路中所串联的二个二极管的中点接供电源(1)的输出相线；整流器(2)中二极器D1-D3的共接负端为直流电的正极，二极器D4-D6的共接正端为直流电的负极；滤波电容(3)由相等容量的电容器C1和C2相串联，C1和C2的中点接到三相供电源(1)的零线，C1和C2的另一端分别接直流电的正负极。

本发明的二大实质改进在于：将利用传统三相供电源的线电压输出改进为利用供电源的相电压输出；将整流器的性质在低成本的前提下由三相桥式整流器改变为虚拟六相整流器拓朴结构。二大改进能普遍提升整流器所输出的直流电压，在相同的交流输入电流时增加直流输出功率，从而降低电源装置的单位功率成本，同时也较大幅度提高了整流器的效率。

附图说明

图1、三相交流电压矢量图和传统三相桥式整流器。

图2、五相和七相交流电压矢量图。

图3、三相、四相和六相交流电压矢量对照图。

图4、采用自耦变压器将三相电变换成六相电及其电压矢量图。

图5、本发明的虚拟六相整流器拓朴结构图。

图6、虚拟六相整流器拓朴结构的分拆分析图。

图7、“未经滤波”的虚拟六相整流器各部分电压波形图。

图8、虚拟六相整流器与三相桥式整流器直流输出电压比较图。

图9、增加滤波电容器C3的虚拟六相整流器拓朴结构图。

图10、变频电源装置框图。

具体实施方式

虚拟六相整流器的具体实施方式其实并不复杂，但由于本发明首次发现“三相电制式的线电压损失”这一重大缺陷，在为什么要将三相桥式整流器改进为虚拟六相整流器的过程中，有必要将这一进化的过程讲解清楚。

图1为三相交流电压矢量图和传统三相桥式整流器。假设发电机G的相电压为220V，星形接法，由三根相线将电压接入桥式整流器的输入端，实际上利用的是交流电的线电压380V。整流桥正是对380V的线电压进行整流变换，才能获得直流电输出，所以其输出直流电压与380V的线电压正相关。

图2所示为奇数相数——五相和七相交流电压矢量图。同样的220V相电压，五相制交流电的最高线电压418V，七相制交流电的最高线电压更高达429V。从图上可以很直观方便地比较出它们在数量上与三相电的区别。

3、5、7……等奇数相数交流电的最高线电压Umax的计算公式为：

Umax＝2U_Φsin[360°×(N-1)/4N]    (式-1)

式中，U_Φ为交流电的相电压，

N为交流电的相数。

按(式-1)可计算出三相、五相、七相交流电制中最高线电压分别为

Umax3＝380V，

Umax5＝418V，

Umax7＝429V。

虽然五相或七相电制有多种线电压，但最高线电压只有一种。