无源三相功率因数校正装置及变频电器设备论文和设计-刘双振

全文摘要

本申请涉及一种无源三相功率因数校正装置及变频电器设备，该装置包括滤波电路、谐波通路和整流电路，滤波电路连接谐波通路，且用于连接三相电源，谐波通路连接整流电路，滤波电路对三相电源输出的三相电流进行滤波后输出至谐波通路，谐波通路将滤波后的三相电流中每一相电流的谐波注入至其他两相电流，整流电路对接收的三相电流进行整流得到直流电。通过谐波通路将滤波后的三相电流中每一相电流的谐波注入至其他两相电流，使滤波电路未滤除的谐波相互抵消和抑制，有效的抑制整流电路输入侧的各次谐波，改善电流波形，提高功率因数。与传统的无源PFC电路相比，提高了运行可靠性。

主设计要求

1.一种无源三相功率因数校正装置，其特征在于，包括滤波电路、谐波通路和整流电路，所述滤波电路连接所述谐波通路，且用于连接三相电源，所述谐波通路连接所述整流电路，所述滤波电路对所述三相电源输出的三相电流进行滤波后输出至所述谐波通路，所述谐波通路将滤波后的三相电流中每一相电流的谐波注入至其他两相电流，所述整流电路对接收的三相电流进行整流得到直流电。

设计方案

1.一种无源三相功率因数校正装置，其特征在于，包括滤波电路、谐波通路和整流电路，所述滤波电路连接所述谐波通路，且用于连接三相电源，所述谐波通路连接所述整流电路，

所述滤波电路对所述三相电源输出的三相电流进行滤波后输出至所述谐波通路，所述谐波通路将滤波后的三相电流中每一相电流的谐波注入至其他两相电流，所述整流电路对接收的三相电流进行整流得到直流电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三相电源包括第一相电源、第二相电源和第三相电源，所述滤波电路包括第一相滤波元件、第二相滤波元件和第三相滤波元件，

所述第一相滤波元件连接所述谐波通路和所述整流电路，且用于连接所述第一相电源；所述第二相滤波元件连接所述谐波通路和所述整流电路，且用于连接所述第二相电源；所述第三相滤波元件连接所述谐波通路和所述整流电路，且用于连接所述第三相电源。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一相滤波元件、所述第二相滤波元件和所述第三相滤波元件均为电感。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述谐波通路包括第一相谐波抑制电路、第二相谐波抑制电路和第三相谐波抑制电路，

所述第一相谐波抑制电路的一端连接所述第一相滤波元件和所述整流电路的公共端，所述第一相谐波抑制电路的另一端连接所述第二相滤波元件和所述整流电路的公共端；所述第二相谐波抑制电路的一端连接所述第二相滤波元件和所述整流电路的公共端，所述第二相谐波抑制电路的另一端连接所述第三相滤波元件和所述整流电路的公共端；所述第三相谐波抑制电路的一端连接所述第一相滤波元件和所述整流电路的公共端，所述第三相谐波抑制电路的另一端连接所述第三相滤波元件和所述整流电路的公共端。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一相谐波抑制电路包括第一相电容组件和第一相电阻组件，所述第一相电容组件的一端连接所述第一相滤波元件和所述整流电路的公共端，所述第一相电容组件的另一端连接所述第一相电阻组件的一端，所述第一相电阻组件的另一端连接所述第二相滤波元件和所述整流电路的公共端。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二相谐波抑制电路包括第二相电容组件和第二相电阻组件，所述第二相电容组件的一端连接所述第二相滤波元件和所述整流电路的公共端，所述第二相电容组件的另一端连接所述第二相电阻组件的一端，所述第二相电阻组件的另一端连接所述第三相滤波元件和所述整流电路的公共端。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三相谐波抑制电路包括第三相电容组件和第三相电阻组件，所述第三相电容组件的一端连接所述第一相滤波元件和所述整流电路的公共端，所述第三相电容组件的另一端连接所述第三相电阻组件的一端，所述第三相电阻组件的另一端连接所述第三相滤波元件和所述整流电路的公共端。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一相电容组件、所述第二相电容组件和所述第三相电容组件的电容值相等，所述第一相电阻组件、所述第二相电阻组件和所述第三相电阻组件的电阻值相等。

9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述整流电路包括三相不控整流桥和电容器，所述三相不控整流桥的三个桥臂分别连接所述第一相滤波元件、所述第二相滤波元件和所述第三相滤波元件，所述电容器并接于所述三相不控整流桥的输出端。

10.一种变频电器设备，其特征在于，包括逆变器和权利要求1-9任意一项所述的无源三相功率因数校正装置，所述逆变器连接所述整流电路。

设计说明书

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种无源三相功率因数校正装置及变频电器设备。

背景技术

随着科技的发展和社会的不断，人们在日常家庭生活中所用到的大功率电器设备也越来越多，目前较大功率的变频电器设备都需要降低谐波电路来满足标准要求。现今市面上降低谐波电流的方案主要是采用增加PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路的方式。

传统的无源PFC电路由电抗器和电容组成，在对于功率密度要求不是很高的场合可以很好的应用。然后，采用电抗器和电容进行功率因数校正会使得电流畸变严重，传统的无源PFC电路存在运行可靠性低的缺点。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的无源PFC电路运行可靠性低问题，提供一种可提高运行可靠性的无源三相功率因数校正装置及变频电器设备。

一种无源三相功率因数校正装置，包括滤波电路、谐波通路和整流电路，所述滤波电路连接所述谐波通路，且用于连接三相电源，所述谐波通路连接所述整流电路，

在其中一个实施例中，所述三相电源包括第一相电源、第二相电源和第三相电源，所述滤波电路包括第一相滤波元件、第二相滤波元件和第三相滤波元件，

在其中一个实施例中，所述第一相滤波元件、所述第二相滤波元件和所述第三相滤波元件均为电感。

在其中一个实施例中，所述谐波通路包括第一相谐波抑制电路、第二相谐波抑制电路和第三相谐波抑制电路，

在其中一个实施例中，所述第一相谐波抑制电路包括第一相电容组件和第一相电阻组件，所述第一相电容组件的一端连接所述第一相滤波元件和所述整流电路的公共端，所述第一相电容组件的另一端连接所述第一相电阻组件的一端，所述第一相电阻组件的另一端连接所述第二相滤波元件和所述整流电路的公共端。

在其中一个实施例中，所述第二相谐波抑制电路包括第二相电容组件和第二相电阻组件，所述第二相电容组件的一端连接所述第二相滤波元件和所述整流电路的公共端，所述第二相电容组件的另一端连接所述第二相电阻组件的一端，所述第二相电阻组件的另一端连接所述第三相滤波元件和所述整流电路的公共端。

在其中一个实施例中，所述第三相谐波抑制电路包括第三相电容组件和第三相电阻组件，所述第三相电容组件的一端连接所述第一相滤波元件和所述整流电路的公共端，所述第三相电容组件的另一端连接所述第三相电阻组件的一端，所述第三相电阻组件的另一端连接所述第三相滤波元件和所述整流电路的公共端。

在其中一个实施例中，所述第一相电容组件、所述第二相电容组件和所述第三相电容组件的电容值相等，所述第一相电阻组件、所述第二相电阻组件和所述第三相电阻组件的电阻值相等。

在其中一个实施例中，所述整流电路包括三相不控整流桥和电容器，所述三相不控整流桥的三个桥臂分别连接所述第一相滤波元件、所述第二相滤波元件和所述第三相滤波元件，所述电容器并接于所述三相不控整流桥的输出端。

一种变频电器设备，包括逆变器和上述无源三相功率因数校正装置，所述逆变器连接所述整流电路。

上述无源三相功率因数校正装置及变频电器设备，在利用滤波电路对三相电源输出的三相电流进行滤波后，通过谐波通路将滤波后的三相电流中每一相电流的谐波注入至其他两相电流，使滤波电路未滤除的谐波相互抵消和抑制，有效的抑制整流电路输入侧的各次谐波，改善电流波形，提高功率因数。与传统的无源PFC电路相比，提高了运行可靠性。

附图说明

图1为一实施例中无源三相功率因数校正装置的结构框图；

图2为一实施例中无源三相功率因数校正装置的结构原理图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，提供了一种无源三相功率因数校正装置，如图1所示，包括滤波电路110、谐波通路120和整流电路130，滤波电路110连接谐波通路120，且用于连接三相电源200，谐波通路120连接整流电路130。滤波电路110用于对三相电源200输出的三相电流进行滤波后输出至谐波通路120，谐波通路120用于将滤波后的三相电流中每一相电流的谐波注入至其他两相电流，整流电路130用于对接收的三相电流进行整流得到直流电，以用作对负载进行供电。

具体地，滤波电路110对三相电源200输出的三相电流进行滤波处理，消除相电流中的杂波干扰，谐波通路120将每一相电流中的谐波注入到其他两相中。通过在三相电源200的相与相之间增加谐波通路120使滤波电路110未滤除的谐波相互抵消和抑制，从而抑制三相无源整流输入侧的各次谐波，改善电流波形，提高功率因数。

滤波电路110的具体结构并不是唯一的，在一个实施例中，如图2所示，三相电源包200包括第一相电源A、第二相电源B和第三相电源C，滤波电路110包括第一相滤波元件112、第二相滤波元件114和第三相滤波元件116。第一相滤波元件112连接谐波通路120和整流电路130，且用于连接第一相电源A；第二相滤波元件114连接谐波通路120和整流电路130，且用于连接第二相电源B；第三相滤波元件116连接谐波通路120和整流电路130，且用于连接第三相电源C。

利用第一相滤波元件112、第二相滤波元件114和第三相滤波元件116分别对第一相电源A、第二相电源B和第三相电源C输出的相电流进行滤波，并将滤波后的相电流输出至谐波通路120。第一相滤波元件112、第二相滤波元件114和第三相滤波元件116的具体结构也不是唯一的，本实施例中，第一相滤波元件112、第二相滤波元件114和第三相滤波元件116均为电感。具体地，第一相滤波元件112、第二相滤波元件114和第三相滤波元件116分别包括电感L1、电感L2和电感L3，且电感L1、电感L2和电感L3的电感值相等。将每一相电流分别通过一个电感进行滤波，结构简单且成本低。可以理解，电感L1、电感L2和电感L3的电感值也可不相等，只需两两之间的电感差值在允许的误差范围内，同样可实现对三相电流进行滤波。此外，在其他实施例中，第一相滤波元件112、第二相滤波元件114和第三相滤波元件116也可以是由多个电感串联或并联构成。

进一步地，在一个实施例中，如图2所示，谐波通路120包括第一相谐波抑制电路122、第二相谐波抑制电路124和第三相谐波抑制电路126。第一相谐波抑制电路122的一端连接第一相滤波元件112和整流电路130的公共端，第一相谐波抑制电路122的另一端连接第二相滤波元件114和整流电路130的公共端；第二相谐波抑制电路124的一端连接第二相滤波元件114和整流电路130的公共端，第二相谐波抑制电路124的另一端连接第三相滤波元件116和整流电路130的公共端；第三相谐波抑制电路126的一端连接第一相滤波元件112和整流电路130的公共端，第三相谐波抑制电路126的另一端连接第三相滤波元件116和整流电路130的公共端。

其中，第一相滤波元件112和第二相滤波元件114未滤除的谐波通过第一相谐波抑制电路122相互注入，第二相滤波元件114和第三相滤波元件116未滤除的谐波通过第二相谐波抑制电路124相互注入，第一相滤波元件112和第三相滤波元件116未滤除的谐波通过第三相谐波抑制电路126相互注入，以使未被滤除的谐波相互抵消和抑制，进而改善电流波形。

可以理解，第一相谐波抑制电路122、第二相谐波抑制电路124和第三相谐波抑制电路126的具体结构也并不唯一，在一个实施例中，第一相谐波抑制电路122包括第一相电容组件C1和第一相电阻组件R1述第一相电容组件C1的一端连接第一相滤波元件112和整流电路130的公共端，第一相电容组件C1的另一端连接第一相电阻组件R1的一端，第一相电阻组件R1的另一端连接第二相滤波元件114和整流电路130的公共端。利用第一相电容组件C1和第一相电阻组件R1组成第一相谐波抑制电路122，使第一相滤波元件112和第二相滤波元件114未滤除的谐波之间相互注入进行抵消和抑制。

在一个实施例中，第二相谐波抑制电路124包括第二相电容组件C2和第二相电阻组件R2，第二相电容组件R2的一端连接第二相滤波元件114和整流电路130的公共端，第二相电容组件R2的另一端连接第二相电阻组件C2的一端，第二相电阻组件C2的另一端连接第三相滤波元件116和整流电路130的公共端。利用第二相电容组件C2和第二相电阻组件R2组成第二相谐波抑制电路124，使第二相滤波元件114和第三相滤波元件116未滤除的谐波之间相互注入进行抵消和抑制。

在一个实施例中，第三相谐波抑制电路126包括第三相电容组件C3和第三相电阻组件R3，第三相电容组件C3的一端连接第一相滤波元件112和整流电路130的公共端，第三相电容组件C3的另一端连接第三相电阻组件R3的一端，第三相电阻组件R3的另一端连接第三相滤波元件116和整流电路130的公共端。利用第三相电容组件C3和第三相电阻组件R3组成第三相谐波抑制电路126，使第一相滤波元件112和第三相滤波元件116未滤除的谐波之间相互注入进行抵消和抑制。

具体地，第一相电容组件C1、第二相电容组件C2和第三相电容组件C3的电容值相等，第一相电阻组件R1、第二相电阻组件R2和第三相电阻组件R3的电阻值相等，采用电容值相等的电容组件，以及电阻值相等的电阻组件分别组成对应相的谐波抑制电路。本实施例中，第一相电容组件C1、第二相电容组件C2和第三相电容组件C3均采用一个电容，第一相电阻组件R1、第二相电阻组件R2和第三相电阻组件R3均采用一个电阻。采用由单个电容和单个电阻组成的谐波抑制电路及逆行谐波抑制，成本低且电路结构简单。

可以理解，第一相电容组件C1、第二相电容组件C2和第三相电容组件C3之间的电容值，以及第一相电阻组件R1、第二相电阻组件R2和第三相电阻组件R3之间的电阻值也可不相等，只需三个电容组件两两之间的电容差值在允许的误差范围内，以及三个电阻组件两两之间的电阻差值在允许的误差范围内，同样可实现对谐波进行相互抵消和抑制。此外，在其他实施例中，第一相电容组件C1、第二相电容组件C2和第三相电容组件C3也可以是由多个电容串联或并联构成，第一相电阻组件R1、第二相电阻组件R2和第三相电阻组件R3也可以是由多个电阻串联或并联构成。

在一个实施例中，继续参照图2，整流电路130包括三相不控整流桥132和电容器C3，三相不控整流桥132的三个桥臂分别连接第一相滤波元件112、第二相滤波元件114和第三相滤波元件116，电容器C3并接于三相不控整流桥132的输出端。

具体地，三相不控整流桥132由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6组成，每两个二极管分别串联后得到三个桥臂，再将三个桥臂并联，并联后的两个公共端作为三相不控整流桥132的输出端。利用由六个二极管和电容器C3组成的整流电路130对三项交流电进行整流，得到直流电为负载进行供电。

上述无源三相功率因数校正装置，在利用滤波电路110对三相电源200输出的三相电流进行滤波后，通过谐波通路120将滤波后的三相电流中每一相电流的谐波注入至其他两相电流，使滤波电路110未滤除的谐波相互抵消和抑制，有效的抑制整流电路输入侧的各次谐波，改善电流波形，提高功率因数。与传统的无源PFC电路相比，提高了运行可靠性。

在一个实施例中，还提供一种变频电器设备，包括逆变器和上述无源三相功率因数校正装置，逆变器连接整流电路。

上述变频电器设备，在利用滤波电路对三相电源输出的三相电流进行滤波后，通过谐波通路将滤波后的三相电流中每一相电流的谐波注入至其他两相电流，使滤波电路未滤除的谐波相互抵消和抑制，有效的抑制整流电路输入侧的各次谐波，改善电流波形，提高功率因数。与传统的无源PFC电路相比，提高了运行可靠性。

为便于更好地理解上述无源三相功率因数校正装置及变频电器设备，下面结合具体实施例进行详细解释说明。

参照图2，无源三相功率因数校正装置中，由一个三相不控整流桥(由二极管D1～D6组成全桥结构)132与电容器C4组成三相平波整流电路，实现电源整形滤波和相位滞位，并将交流电源AC转为直流电源DC，满足逆变器及负载运行。由于负载和整流逆变器呈现LR非线性和离散性，将产生大量谐波，根据欧洲和中国相关标准要求三相电源设备每相输入电流≤16A，强制满足每相输入电流各次谐波THD<5％要求。针对这一要求，基于谐波可以相互抵消抑制的思想，将A相谐波分别注入到B、C相，将B相产生的谐波分别注入到A、C相，将C相产生的谐波分别注入到A、B相，实现了电流波形的改善和谐波含量的减少。其中，A、B、C三相电源分别接电感L1、电感L2、电感L3，三个电感的电感值相等。经过电感L1、电感L2、电感L3的A、B、C三相电源分别接到三相桥式不可控整流电路132的三个桥臂。在分别经过电感L1、电感L2的A相和B相电源之间，增加由电阻R1和电容C1构成的相谐波抑制电路，A相和C相之间，B相和C相之间类似。其中，电阻R1、电阻R2、电阻R3的电阻值相等，电容C1、电阻C2、电阻C3的电容值相等。在电感滤波的基础上，在三相电源200的相与相之间增加由电阻和电容构成的谐波通路，使电感未滤除的谐波相互抵消和抑制，进而改善电流波形，选用的电感、电容的电感值和电容值都比较小，降低成本的同时电路结构也更简单。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

设计图

无源三相功率因数校正装置及变频电器设备论文和设计

无源三相功率因数校正装置及变频电器设备论文和设计-刘双振

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