具有電流注入的整流器電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有半導(dǎo)體閥（2)的三相整流器布置（1)的整流器電路，整流器電路優(yōu)選地是二極管的橋式整流器電路，其中所述整流器布置(1)包括三相電源輸入（3)和DC輸出（4)，并且在電源輸入（3)的三相（U，V，W)中至少一相連接到三極電路（5)的第一極連接（A)以供把注入電流(ih3)轉(zhuǎn)入三極電路（5)。根據(jù)本發(fā)明，提供以下：每一相（U，V，W)能夠分別利用開關(guān)元件（SPS2，S3)連接到三極電路（5)的第一極連接（A)，并且三極電路（5)的第二和第三極連接（B，C)分別連接到DC輸出（4)的控制電流（U，ij的輸出線路（PDe，ND。)，其中三極電路（5)包括用于控制電流(icpaj和/或注入電流（ih3)的有源控制的可控半導(dǎo)體閥（Sep+，S卬_，Scn+,Sen_)，優(yōu)選地是IGBT，至少一個(gè)扼流圈（7)布置在DC輸出（4)的輸出線路(PDC，Ndc)當(dāng)中一條上，并且時(shí)變負(fù)載⑹在DC輸出⑷提供。
【專利說明】具有電流注入的整流器電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)言，本發(fā)明涉及具有整流器閥的三相整流器布置的整流器電 路，優(yōu)選地是二極管的橋式整流器電路，其中所述整流器布置包括三相電源（mains)輸入 和DC輸出，并且電源輸入處的三相中至少一相連接到三極（three-pole)電路的第一極連 接以供把注入電流轉(zhuǎn)入三極電路。
[0002] 根據(jù)權(quán)利要求18的導(dǎo)言，本發(fā)明還涉及用于把控制電流施加（impression)到整 流器電路的DC輸出中的方法，其中整流器電路具有半導(dǎo)體閥的三相整流器布置，優(yōu)選地是 二極管的三極橋式整流器電路，其中注入電流從三相中至少一相轉(zhuǎn)入整流器電路的電源輸 入。
【背景技術(shù)】
[0003] 在現(xiàn)代功率電子產(chǎn)品中，大量無源、有源和混合形式的不同實(shí)施例，所謂混合整流 器電路，是已知的。各種整流器電路基本上從輸入處的正弦電源電壓在整流器電路的輸出 提供盡可能恒定的DC電壓。經(jīng)常使用的整流器布置由整流器二極管的三相（六脈沖）橋式 整流器布置（B6電路）代表，其在現(xiàn)有技術(shù)尤其是功率電子產(chǎn)品中已知。通過二極管的橋 式布置，整流后的電壓從三相電源系統(tǒng)（整流器電路的所謂交流電流側(cè)）在橋式布置（整 流器電路的所謂直流電流側(cè)）之后產(chǎn)生。
[0004] 為了在整流器的AC輸入減少由整流器電路產(chǎn)生的像脈沖的電流并且為了平滑整 流器輸出電壓或整流器輸出電流，DC電壓側(cè)的電感器（扼流圈（choke))在二極管橋的整 流器輸出與輸出電容器之間頻繁地開關(guān)。在一般整流器電路的情況下，整流器電流被引導(dǎo) 通過連接到與輸出并聯(lián)的輸出電容器的扼流圈，以便減小電源電流中的變形（distortion) 并且平滑整流器電流流并且在輸出或者向輸出電容器提供恒定的輸出電壓。
[0005] 具有開關(guān)元件、電感器和/或電容器并且在操作中還在DC電壓側(cè)具有無源（歐 姆）負(fù)載的其他電子電路的整流器電路的電源電流流按照慣例來說不是正弦的。由于其相 對(duì)于系統(tǒng)基本振蕩的諧波含量和相移，非正弦電流產(chǎn)生不期望的電源電壓或電流變形。這 種系統(tǒng)擾動(dòng)不能被忽視，尤其是在較高功率的整流器電路的情況下。有必要相對(duì)于基本分 量的功率維持所有諧波分量的總計(jì)功率的水平（THDi，代表"電流的總諧波變形"），其中電 源電流和電源電壓的最大變形是由標(biāo)準(zhǔn)（例如，IEC61000-3-2)預(yù)定義的。
[0006] 從現(xiàn)有技術(shù)已知，整流器電路的電流波形會(huì)由于添加或轉(zhuǎn)入電流即所謂的注入 電流而受影響。電流優(yōu)選地通過附加布置的開關(guān)元件施加到二極管橋電流的無電流相位 中。為了改善由整流器電路產(chǎn)生的系統(tǒng)擾動(dòng)，這個(gè)目的所需的電流相對(duì)于系統(tǒng)頻率基本 上具有三頻，因此，這種類型的注入在文獻(xiàn)中被稱為"三次諧波電流注入"。本文參考所謂 "Minnesota整流器"作為這種整流器系統(tǒng)及現(xiàn)有技術(shù)的最佳已知代表。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)中已知的整流器結(jié)構(gòu)，如Minnesota整流器，使用具有系統(tǒng)頻率的三次 諧波的電流同時(shí)注入整流器電路的DC連接的全部三相當(dāng)中，以便實(shí)現(xiàn)整流器電路的大致 正弦電源電流。這填充由于整流器布置在電源輸入的阻塞效果而不傳導(dǎo)任何電流的這種電 流間隙。因此，作為注入電流的適當(dāng)選擇的結(jié)果，電源電流的變形可以基本上被阻止并且可 以實(shí)現(xiàn)更好的THDi。
[0008] Minnesota整流器的電路表現(xiàn)出相關(guān)的缺點(diǎn)，S卩，作為具有系統(tǒng)頻率的三次諧波的 低頻加載的結(jié)果，這個(gè)目的必需的電流需要同時(shí)在全部三相中施加并且以低頻加載的注入 變壓器需要在這個(gè)過程中使用，其中變壓器具有大體積還具有高重量。注入電流的生成在 Minnesota整流器的電路中通過布置在DC側(cè)的兩個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生。因此，可以提供受 控的輸出電壓，該輸出電壓由足夠大的輸出電容器來濾波。但是，升壓轉(zhuǎn)換器在整流器DC 側(cè)的應(yīng)用導(dǎo)致兩個(gè)二極管在整流器電路的一次功率流中的插入，這導(dǎo)致效率的顯著降低， 尤其是在高功率范圍內(nèi)。所需注入電流的選擇性施加只可能進(jìn)入AC側(cè)在典型六脈沖整流 器操作中保持無電流的相位中，但是需要附加的有源開關(guān)用于相應(yīng)相位的選擇。為此，有必 要調(diào)整整流器電路的注入電流。這種操作利用Minnesota整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是不可能的。
[0009] 從現(xiàn)有技術(shù)已知的使用三次諧波注入概念的其它整流器電路只能與整流器電路 的負(fù)載并聯(lián)地操作并且不使用DC側(cè)的扼流圈或者不使用任何值得注意的輸出電容器。在 這種現(xiàn)有電路的情況下，需要橋式整流器的脈沖輸出電壓還有恒定功率負(fù)載，即，獨(dú)立于可 用電壓而吸收所需功率的負(fù)載，以便獲得大致正弦電流。因此，不能使用在DC輸出具有技 術(shù)上有利的扼流圈和電容器的整流器電路。輸出電壓足夠好的平滑和支持以及因此足夠大 的輸出電容器對(duì)于許多功率電子產(chǎn)品電路的操作是必須的。因此，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不能在這 種應(yīng)用中使用。
[0010] 因此，與同時(shí)避免電源變形結(jié)合盡可能最優(yōu)的相關(guān)整流沒有在現(xiàn)有技術(shù)已知的具 有電流注入的整流器電路中提供。
[0011] 發(fā)明概述
[0012] 因此，本發(fā)明的目標(biāo)是避免這些缺點(diǎn)并且改進(jìn)具有電流注入的整流器電路以及以 低系統(tǒng)擾動(dòng)在整流器電路中發(fā)生這種方式施加控制電流的方法，其中盡可能正弦的輸入電 流將與相應(yīng)電源電壓同相存在，在整流器電路的AC電壓側(cè)不需要大的磁性部件，不需要布 置在AC電壓或DC電壓側(cè)的大濾波電容器，并且整流器電路的效率得以提高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013] 這些目標(biāo)是由權(quán)利要求1和權(quán)利要求18的特征實(shí)現(xiàn)的。
[0014] 權(quán)利要求1涉及具有半導(dǎo)體閥的三相整流器布置的整流器電路，優(yōu)選地是二極管 的橋式整流器電路，其中該整流器布置包括三相電源輸入和DC輸出，并且電源輸入上的三 相中至少一相在電源輸入連接到三極電路的第一極連接以供把注入電流轉(zhuǎn)入三極電路。根 據(jù)本發(fā)明，提供以下：每個(gè)相位可以分別利用開關(guān)元件連接到三極電路的第一極連接，并且 三極電路的第二和第三極連接分別連接到DC輸出的控制電流的輸出線路，其中三極電路 包括用于控制電流和/或注入電流的有源控制的可控半導(dǎo)體閥，優(yōu)選地是IGBT，并且至少 一個(gè)扼流圈在DC輸出的一條輸出線路上布置，并且可以時(shí)變的負(fù)載在DC輸出提供。
[0015] 除了已知的整流器布置，根據(jù)本發(fā)明的電路還包括用于施加注入電流的三極電 路。電源的每個(gè)單個(gè)相位可以通過開關(guān)元件連接到三極電路，其中所謂的注入電流取自電 源并且作為控制電流添加到整流器電流。根據(jù)本發(fā)明的電路允許與在整流器電路的DC輸 出的可變負(fù)載一起操作，因?yàn)?，依賴于?fù)載，來自三極電路的控制電流可以通過作為用于三 極電路中有源控制的有源部件的可控半導(dǎo)體閥來控制。就像在通過使用注入原理的整流器 電路的常規(guī)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中所使用的，諸如電阻器、電容器或電感器的無源部件不充分適 用于這個(gè)目的。形式為具有反并聯(lián)（antiparallel)續(xù)流二極管的IGBT的可控半導(dǎo)體閥優(yōu) 選地作為有源部件提供，其中可以用于控制開關(guān)狀態(tài)的任何類型的開關(guān)閥都可以提供（例 如，MOSFET、GTO、…）。在本發(fā)明的描述中，可控半導(dǎo)體閥將代替所有可控開關(guān)元件來使用。
[0016] 在不損害整流器電路功能并且不產(chǎn)生高系統(tǒng)擾動(dòng)的情況下的DC扼流圈結(jié)合用于 維持整流后的恒定輸出電壓的充分大輸出電容器的使用是可能的。整流器電路的整體功率 在DC輸出被引導(dǎo)通過扼流圈。由具有交流部件的整流器布置產(chǎn)生的電壓會(huì)在扼流圈下降， 其中整流后的電壓在輸出維持并且可以供給負(fù)載。特別地，具有扼流圈和輸出電容器的常 規(guī)整流器電路可以通過三極電路以簡(jiǎn)單的方式擴(kuò)展。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，提供以下：三極電路的第二和第三極連接分別經(jīng) 第二和第三電感器連接到DC輸出的兩條輸出線路之一，并且扼流圈在第二和第三極連接 與負(fù)載之間提供。
[0018] 電感器上的差分電壓構(gòu)成用于控制電流和注入電流的控制的基礎(chǔ)。各電流，即，控 制電流和/或注入電流，是通過三極電路中有源部件的調(diào)制來設(shè)置的。通過有源部件進(jìn)行 電流調(diào)制的開關(guān)過程在功率電子產(chǎn)品中是已知的。電流被三極電路的連接上的電感器平滑 并且脈沖電流到DC輸出的施加可以避免。因此，可以避免具有大電容值的昂貴濾波電容 器，按照慣例，這種電容器將接收由于有源部件的開關(guān)過程而發(fā)生的脈沖電流。DC輸出處的 扼流圈既傳導(dǎo)整流器電流又傳導(dǎo)所施加的控制電流并且確保輸出量的連續(xù)發(fā)展。
[0019] 在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，提供以下：第一極連接通過第一電感器連接到開 關(guān)元件，其中三個(gè)電感器通過三臂扼流圈來布置。三個(gè)電感器通過常規(guī)三臂扼流圈的布置 代表容易實(shí)現(xiàn)的特別緊湊和廉價(jià)的變體，其中三臂扼流圈的每條臂繞組構(gòu)成一電感器。
[0020] 根據(jù)根據(jù)本發(fā)明的整流器電路的另一優(yōu)選實(shí)施例，提供以下：DC輸出處的兩條輸 出線路連接到輸出電容器。所述輸出電容器基本上用于與扼流圈合作來維持恒定的輸出電 壓，其中扼流圈和輸出電容器之間電壓回路中現(xiàn)有的交流分量在扼流圈下降，并且輸出電 容器保持恒定的整流后的輸出電壓。例如，與整流器電路的輸出連接并聯(lián)的輸出電容器也 是功率電子產(chǎn)品電路的下游操作（諸如三相逆變器級(jí)）所需的。
[0021] 在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，提供以下：三相中每一相分別在電源輸入連接到 濾波電容器，其中濾波電容器以點(diǎn)到點(diǎn)的方式在星形點(diǎn)中互連。還提供以下：三極電路經(jīng)至 少一個(gè)旁路電容器連接到電源輸入。三極電路的旁路電容器與點(diǎn)到點(diǎn)布置的濾波電容器構(gòu) 成有利的電流路徑，以便轉(zhuǎn)向（divert)由高頻開關(guān)過程在三極電路中產(chǎn)生的電流。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，還提供以下：三極電路包括具有可控半導(dǎo)體閥和 /或雙向開關(guān)的三個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，其中三極電路的第一極連接在第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)上提供，三 極電路的第二極連接在第二轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)上提供，并且三極電路的第三極連接在第三轉(zhuǎn)換器 系統(tǒng)上提供，并且到分支點(diǎn)（三極電路的公共中點(diǎn)）的連接從所有三個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)都提供。
[0023] 為了在相應(yīng)控制的情況下施加兩個(gè)控制電流及注入電流，使用三個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。 每個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)為三個(gè)電流即兩個(gè)控制電流及注入電流的控制提供一個(gè)自由度。自由度可 以用來通過橋式結(jié)構(gòu)中可控半導(dǎo)體閥和/或雙向開關(guān)的有利實(shí)施例來控制控制電流。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，還提供以下：第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)作為三電平橋臂 (three-level bridge leg)提供，其中第二和第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)作為半橋提供，并且三個(gè)轉(zhuǎn) 換器系統(tǒng)通過并聯(lián)地開關(guān)并具有電子部件的三個(gè)分支布置，其中三極電路的第一極連接布 置在第一分支上，并且第二和第三極連接布置在第三分支上，并且每個(gè)分支都包括中點(diǎn)連 接，其中分支的部件在所述中點(diǎn)連接周圍對(duì)稱地布置，并且其中第一分支的第一中點(diǎn)連接 經(jīng)雙向開關(guān)連接到第二分支的第二中點(diǎn)連接，并且第二中點(diǎn)連接以直接的方式導(dǎo)電連接到 第三分支的第三中點(diǎn)連接，其中第三中點(diǎn)連接作為三極電路的中點(diǎn)提供。第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng) 布置成已知的三電平橋臂，并且可以單向或雙向提供，如以下更具體解釋的。轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)二 和三由兩個(gè)半橋組成，但是也可以布置成三級(jí)或多級(jí)橋臂。
[0025] 第一極連接在第一分支上提供并且注入電流流入第一中點(diǎn)連接并因此流入三極 電路。因此，并聯(lián)開關(guān)（switch)的三個(gè)分支聯(lián)合地把三個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)表示為橋式結(jié)構(gòu)，利 用這種橋式結(jié)構(gòu)，能夠控制控制電流和注入電流。
[0026] 可替代地，根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，提供以下：三極電路包括具有可控半導(dǎo) 體閥的兩個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，優(yōu)選地布置在橋式結(jié)構(gòu)中，其中三極電路的第二極連接在第二轉(zhuǎn) 換器系統(tǒng)上提供，并且三極電路的第三極連接在第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)上提供，并且到分支點(diǎn)即 公共中點(diǎn)的連接從兩個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)都提供，并且該中點(diǎn)連接到第一極連接。這種本發(fā)明的 這種替代實(shí)施例，第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)被略去并且三極電路的第一極導(dǎo)電地直接連接到其余兩 個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的中點(diǎn)。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，提供以下：第二和第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)作為半橋提供， 其中這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)通過并聯(lián)開關(guān)的兩個(gè)分支布置，并且三極電路的第一極連接連接到 第二分支，并且第二和第三極連接布置在第三分支上，并且每個(gè)分支都包括中點(diǎn)連接，其中 分支的部件在所述中點(diǎn)連接周圍對(duì)稱布置，并且第二分支的第二中點(diǎn)連接直接導(dǎo)電連接到 第三分支的第三中點(diǎn)連接，其中第三中點(diǎn)連接作為三極電路的中點(diǎn)提供。根據(jù)三極電路的 這種實(shí)施例，沒有提供通過開關(guān)連接的第一分支，而是僅僅提供了具有兩個(gè)半橋作為轉(zhuǎn)換 器系統(tǒng)的實(shí)施例，從而為控制橋式結(jié)構(gòu)的電壓和電流量提供了兩個(gè)自由度。三極電路的第 一極到三極電路的中點(diǎn)并且因此到兩個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的直接連接定義在這個(gè)點(diǎn)的電位，并且 兩個(gè)控制電流還有注入電流都可以由其余兩個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)來控制。
[0028] 為了分支的部件組裝，根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，提供以下：兩個(gè)緩沖電容器在第二分 支上串聯(lián)開關(guān)，其中第二中點(diǎn)連接布置在這兩個(gè)緩沖電容器之間。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，還提供 以下：兩個(gè)橋式閥，優(yōu)選地是二極管，在第一分支中以相同的傳導(dǎo)方向串聯(lián)開關(guān)，其中第一 中點(diǎn)連接布置在這兩個(gè)橋式閥之間。二極管的這種布置意味著第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的單向布 置。由于二極管，第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的單向布置允許只在一個(gè)方向傳導(dǎo)電流，通過這種布置， 確定從電源到三極電路的功率傳送。根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，提供以下：兩個(gè)橋式閥布置成可 控半導(dǎo)體閥，優(yōu)選地是IGBT。代替二極管的可控半導(dǎo)體閥的這種布置意味著第一轉(zhuǎn)換器系 統(tǒng)的雙向布置。在三個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的適當(dāng)控制的情況下，第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的雙向布置允許 最小化在緩沖電容器的電壓，因?yàn)槿龢O電路中所需的電流不再受第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的橋式閥 流方向的限制。因此，緩沖電容器的最大電壓可以有利地減小。
[0029] 根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，提供以下：四個(gè)可控半導(dǎo)體閥在第三分支上串聯(lián)開關(guān)，其中 三極電路的中點(diǎn)在串聯(lián)開關(guān)的兩對(duì)可控半導(dǎo)體閥之間的連接中布置，并且第二極連接在第 一對(duì)可控半導(dǎo)體閥之間提供，并且第三極連接在第二對(duì)可控半導(dǎo)體閥之間提供?？刂齐娏?在這些極連接流入DC輸出線路?，F(xiàn)在，相應(yīng)的控制電流可以通過可控半導(dǎo)體閥的適當(dāng)觸發(fā) 由兩個(gè)半橋控制。所使用緩沖電容器的電壓在這方面與在第二和第三極連接的電壓條件有 關(guān)并且因此也與電感器中發(fā)生的紋波電流有關(guān)。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，提供以下：第二中點(diǎn)連接經(jīng)電壓源連接到第一極 連接。第二中點(diǎn)連接直接連接到中點(diǎn)。為了允許動(dòng)態(tài)地增大或減小三極電路的中點(diǎn)的電位， 轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的中點(diǎn)可以經(jīng)電壓源連接到第一極連接。三極電路的電流可以在沒有變形的情 況下通過該電位的增大或減小來控制，即使在低電位差的情況下也可以，如原理上在第一 極連接與轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的中點(diǎn)的直接連接中所發(fā)生的。
[0031] 在根據(jù)本發(fā)明的整流器電路的另一實(shí)施例中，提供以下：三極電路的第二和第三 轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)利用已知的雙向三電平橋臂布置，優(yōu)選地是兩個(gè)所謂的三電平中性點(diǎn)箝位轉(zhuǎn)換 器（3L-NPC)，其中三電平橋臂在與該三電平橋臂并聯(lián)開關(guān)的中點(diǎn)分支周圍對(duì)稱地布置，并 且中點(diǎn)分支布置成兩個(gè)串聯(lián)開關(guān)的緩沖電容器，并且中點(diǎn)在這兩個(gè)緩沖電容器之間提供， 并且三電平橋臂的中性連接連接到中點(diǎn)和第一極連接，并且三電平橋臂的AC電壓連接作 為三極電路的第二極連接和第三極連接提供。兩個(gè)三電平橋臂的使用代表本發(fā)明特別有利 的實(shí)施例，因?yàn)樵谶@種實(shí)施例中不需要第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)并且因此整個(gè)整流器系統(tǒng)的效率可 以增大，此外控制電流可以盡可能無變形地生成?？刂齐娏鞯目刂瓶梢酝ㄟ^三電平橋臂的 可控半導(dǎo)體閥的已知觸發(fā)來產(chǎn)生，并且注入電流是通過i ep = ih3+im的事實(shí)獲得的。所述實(shí) 施例提供雙向三極電路。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，提供以下：三極電路利用第一極連接連接到兩個(gè) 注入電容器的相應(yīng)一側(cè)，這種連接構(gòu)成三極電路的中點(diǎn)，其中注入電容器的另兩側(cè)經(jīng)電壓 源連接并且構(gòu)成連接點(diǎn)，其中，從該連接點(diǎn)發(fā)起，提供具有一個(gè)相應(yīng)緩沖電容器和一對(duì)相應(yīng) 可控半導(dǎo)體閥的電流回路，并且第二極連接和第三極連接在一對(duì)相應(yīng)兩個(gè)可控半導(dǎo)體閥之 間提供?？刂齐娏鞯目刂迫匀煌ㄟ^兩個(gè)半橋的適當(dāng)觸發(fā)而發(fā)生。作為這種實(shí)施例的結(jié)果， 在附加電壓源的電壓有足夠高振幅的情況下，兩個(gè)控制電流可以以基本上無變形的方式被 傳導(dǎo)。
[0033] 權(quán)利要求18涉及用于把控制電流施加到整流器電路的DC輸出中的方法，其中整 流器電路具有半導(dǎo)體閥的三相整流器布置，優(yōu)選地是二極管的三極橋式整流器電路，其中 三相中至少一相的注入電流施加到整流器電路的電源輸入中。根據(jù)本發(fā)明，提供以下：注入 電流供給到三極電路的第一極連接，并且注入電流和/或控制電流的控制通過三極電路中 的有源部件（優(yōu)選地是可控半導(dǎo)體閥）而發(fā)生，并且兩條DC輸出線路中的整流器電流通過 三極電路的第二和第三極連接被添加控制電流，并且至少通過布置在DC輸出上的一個(gè)扼 流圈被引導(dǎo)。
[0034] 扼流圈電流由被整流器布置整流的電流及控制電流組成。扼流圈結(jié)合輸出電容器 來平滑輸出電流并且提供恒定的輸出電壓。在相應(yīng)控制的情況下，注入電流的供應(yīng)只對(duì)由 于六脈沖整流器電路的操作而保持無電流的相位發(fā)生并且允許在具有電源電壓的相位中 生成正弦整流器輸入電流，這減小整流器結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)擾動(dòng)。由于附加引入的三極電路只處 理整個(gè)整流器電路的功率的一小部分，因此，與具有低擾動(dòng)的常規(guī)有源整流器電路相比，可 以獲得基本上更好的效率。特別地，根據(jù)本發(fā)明的方法允許擴(kuò)充常規(guī)整流器電路并且利用 在電源上具有低擾動(dòng)的擴(kuò)充來操作它們的可能性。類似地，能夠操作位于DC輸出的可變負(fù) 載，因?yàn)椋蕾囉谪?fù)載，通過有源部件的已知觸發(fā)來控制控制電流。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，提供以下：注入電流和/或控制電流通過三個(gè)電 感器中的在三極連接的至少兩個(gè)上提供的至少兩個(gè)電感器傳導(dǎo)以供通過經(jīng)電感器的差分 電壓來平滑和控制電流，并且第三個(gè)電流是通過三個(gè)電流中兩個(gè)的控制來設(shè)置的。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的方法允許以低系統(tǒng)擾動(dòng)操作整流器電路。所供應(yīng)的控制電流和注入 電流首先被電感器平滑，而不在輸出從整流器布置接收脈沖電流。從而避免了大電容器，按 照慣例，這種大電容器在一般的整流器電路中提供，用于濾波整流器電流和潛在注入電流 的脈沖。此外，經(jīng)電感器的差分電壓構(gòu)成基礎(chǔ)（base)，以便通過電感器傳導(dǎo)電流并且從而把 電流傳入傳出三極電路。在根據(jù)本發(fā)明的整流器電路的三極電路的極連接處的電流的總電 流導(dǎo)致零。三極電路中有源部件的高頻開關(guān)過程帶來中點(diǎn)電壓的高頻運(yùn)動(dòng)，尤其是當(dāng)在極 連接的所有三個(gè)電流都受控的時(shí)候。通過使用附加的旁路電容器，可以提供附加的高頻電 流路徑。但是，在本實(shí)施例中，提供以下：在極連接的三個(gè)電流中有兩個(gè)是通過三極電路中 的有源部件控制的，其中，第三電流得出作為總電流的結(jié)果的零。
[0037] 根據(jù)根據(jù)本發(fā)明方法的另一優(yōu)選實(shí)施例，提供以下：中點(diǎn)電壓在三極電路的中點(diǎn) 與中性點(diǎn)之間測(cè)量，并且中點(diǎn)電壓的均值受一個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的控制。中點(diǎn)電壓的測(cè)量和濾 波允許對(duì)這種電位的有源控制，這帶來在控制電流和注入電流生成中的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@種電 位共同確定控制電流和注入電流，其中中點(diǎn)電壓是相對(duì)于電源的中性點(diǎn)（地）測(cè)量的。在 這個(gè)過程中，電位差，尤其是中點(diǎn)和DC輸出線路和電源輸入之間的電位差，是通過三極電 路中的有源部件控制的。
[0038] 在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，提供以下：位于緩沖電容器的第一緩沖電容器電 壓被控制成對(duì)照中性點(diǎn)大于正輸出線路的電壓，并且位于緩沖電容器的第二緩沖電容器電 壓被控制成對(duì)照中性點(diǎn)低于負(fù)輸出線路的電壓。在可控半導(dǎo)體閥開關(guān)期間，緩沖電容器電 壓確定極連接的電感器處的差分電壓。
[0039] 根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，提供以下：中點(diǎn)電壓的均值的控制通過半導(dǎo)體閥發(fā)生。根據(jù) 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，提供以下：中點(diǎn)電壓的均值被控制成零。
[0040] 作為三極電路的全部三個(gè)電流的總和必須強(qiáng)制得出零的事實(shí)的結(jié)果，只要兩個(gè)轉(zhuǎn) 換器系統(tǒng)用于控制控制電流和注入電流就足夠了，因?yàn)榈谌齻€(gè)電流是強(qiáng)制獲得的。因此，其 余的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)可以有利地用來控制平均中點(diǎn)電壓。由于可控半導(dǎo)體閥的時(shí)間調(diào)制（因此 還有開關(guān)），因此必須使用中點(diǎn)電壓的均值。中點(diǎn)電壓的均值可以通過三極電路中的有源部 件來控制。用于觸發(fā)有源部件或其開關(guān)狀態(tài)的改變的方法是已知的。如果中點(diǎn)電壓相對(duì)于 電源的中性點(diǎn)被控制成平均值為零，則在緩沖電容器的相應(yīng)電壓的量必須大于或小于對(duì)照 這個(gè)中點(diǎn)可以相應(yīng)地在DC輸出線路上被施加的那些電壓。
[0041] 根據(jù)根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施例，提供以下：第一緩沖電容器電壓在緩沖電 容器被最小化并且第二緩沖電容器電壓在緩沖電容器被最小化，其中中點(diǎn)電壓被控制成注 入電壓的負(fù)半值，并且注入電壓在第一極連接和中性點(diǎn)之間施加。兩個(gè)緩沖電容器的電壓 在這個(gè)過程中最小化，其中中點(diǎn)電壓需要對(duì)照中性點(diǎn)相對(duì)于在三極電路的第一極連接發(fā)生 的電壓以截然相反的方式來控制。這需要根據(jù)權(quán)利要求15的第一轉(zhuǎn)換器級(jí)的雙向布置，因 為這個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的電流和電壓在這種實(shí)施例中不同相。
[0042] 在根據(jù)本發(fā)明用于根據(jù)權(quán)利要求11或17的整流器電路的方法的另一優(yōu)選實(shí)施例 中，提供以下：中點(diǎn)電壓的電位通過電壓源的控制相對(duì)于兩條輸出線路之一增大或減小。提 供這是為了獲得用來控制在極連接的控制電流的足夠大的電位差。因而，可以確?？刂齐?流和注入電流的無變形傳導(dǎo)，這又帶來整流器電路的無變形輸入電流。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0043] 以下將參考附圖中所示的實(shí)施例更具體地解釋本發(fā)明，其中：
[0044] 圖1不出具有扼流圈的整流器電路的常規(guī)實(shí)施例；
[0045] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明具有三個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的整流器電路的優(yōu)選實(shí)施例；
[0046] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明具有兩個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的整流器電路的優(yōu)選實(shí)施例；
[0047] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明具有扼流圈的整流器電路的優(yōu)選實(shí)施例；
[0048] 圖4a示出根據(jù)本發(fā)明如圖4所示的整流器電路的電源輸入處的三相電源電流的 曲線；
[0049] 圖4b示出根據(jù)本發(fā)明如圖4所示的整流器電路的DC輸出處的輸出電壓和整流電 壓的曲線；
[0050] 圖4c示出根據(jù)本發(fā)明如圖4所示的整流器電路的正整流器電流的曲線；
[0051] 圖4d示出根據(jù)本發(fā)明如圖4所示的整流器電路的注入電流的曲線；
[0052] 圖4e示出根據(jù)本發(fā)明如圖4所示的整流器電路的負(fù)整流器電流的曲線；
[0053] 圖4f示出根據(jù)本發(fā)明如圖4所示的整流器電路的扼流圈電流的曲線；
[0054] 圖4g示出根據(jù)本發(fā)明如圖4所示的整流器電路的控制電流的曲線；
[0055] 圖4h示出根據(jù)本發(fā)明如圖4所示的整流器電路的控制電流的曲線；
[0056] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明具有扼流圈的整流器電路的三極電路的實(shí)施例；
[0057] 圖6示出根據(jù)本發(fā)明具有扼流圈的整流器電路的另一優(yōu)選實(shí)施例；
[0058] 圖6a示出在根據(jù)本發(fā)明控制電流施加的情況下根據(jù)本發(fā)明如圖6所示的整流器 電路的中點(diǎn)電壓的均值的曲線；
[0059] 圖7示出根據(jù)本發(fā)明具有扼流圈的整流器電路的另一優(yōu)選實(shí)施例；
[0060] 圖8不出根據(jù)本發(fā)明具有扼流圈的整流器電路的二極電路的另一實(shí)施例；及
[0061] 圖9示出根據(jù)本發(fā)明具有扼流圈的整流器電路的三極電路的另一實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0062] 圖1示出具有半導(dǎo)體閥2的整流器布置1 (即具有二極管并具有DC扼流圈7的 (六脈沖）橋式整流器布置）的已知整流器電路。整流器電路包括電源輸入3和DC輸出 4,其中相位U、V、W布置在電源輸入3,正輸出線路P DC和負(fù)輸出線路NDC布置在DC輸出4。 整流后的電壓。施加到整流器布置1，其中恒定的輸出電壓％在輸出產(chǎn)生。
[0063] 圖1示出電源側(cè)的中性點(diǎn)N(電源的接地電位）。表示為可變電阻器的負(fù)載6在DC 輸出4連接到輸出線路PDe、ND。，該負(fù)載消耗時(shí)變功率P。(t)。另外，輸出電容器Q也通常在 DC輸出在輸出線路PDe、ND。之間提供。負(fù)載6沒有在更多圖中示出，因?yàn)檫B接發(fā)生在與圖1 中相同的點(diǎn)。負(fù)載6還可以是另一個(gè)電子電路，諸如另一個(gè)電流轉(zhuǎn)換器，其中所圖示的整流 器電路隨后用作所謂電壓鏈接整流器。負(fù)載6的全部功率經(jīng)扼流圈7從電源運(yùn)輸?shù)秸髌?輸出，其中輸出電壓的半波由扼流圈7與輸出電容器Q結(jié)合來平滑，其中輸出電壓的半波 對(duì)于所圖示的具有半導(dǎo)體閥2的三相二極管橋是典型的。
[0064] 圖1中所示的整流器電路示出關(guān)于系統(tǒng)擾動(dòng)有缺點(diǎn)的配置。依賴于所布置的扼 流圈7的尺寸標(biāo)注，整流器電路在電源輸入3示出或多或少的具有無電流間隙的脈沖輸入 電流，因此造成不期望的系統(tǒng)擾動(dòng)，其中輸入電流的潛在必需THDi在大多數(shù)情況下不能實(shí) 現(xiàn)。
[0065] 為了改進(jìn)THDi，提供根據(jù)本發(fā)明的整流器電路，如圖2和圖3所示。根據(jù)本發(fā)明的 具有整流器布置1的整流器電路附加地包括三極電路5。三極電路5包括第一極連接A、第 二極連接B和第三極連接C。第一極連接A在電源連接利用開關(guān)元件Sp S2、S3可連接到至 少一個(gè)相位U、V、W中的每一相。第二極連接B連接到正輸出線路P DC，這在扼流圈7產(chǎn)生到 負(fù)載6的連接之前發(fā)生。第三極連接C連接到負(fù)輸出線路Ndc。
[0066] 在圖2中，根據(jù)本發(fā)明的整流器電路示為具有第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9、第二轉(zhuǎn)換器系統(tǒng) 10和第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)11。三極電路5由轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9、10、11組成，其中第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9 連接到極連接A，第二轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10,第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)11及中點(diǎn)M。第二轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10連 接到極連接B和中點(diǎn)M，其中第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)11連接到極連接C和中點(diǎn)M。轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9、 10、11中至少兩個(gè)包括可控半導(dǎo)體閥3。 1)+、5。1)_、5。11+、5。11_，用于控制電流1。 1)、1。11和/或注入電 流ih3的有源控制。第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9布置成單向或雙向三電平橋臂，其中第二和第三轉(zhuǎn)換 器系統(tǒng)10、11布置成半橋。
[0067] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的具有第二轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10和第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)11的整流器電 路1。第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9沒有提供。替代地，第一極連接A直接連接到中點(diǎn)M。轉(zhuǎn)換器系統(tǒng) 1〇、11包括可控半導(dǎo)體閥S^、S#、S m+、Sm_，用于控制電流I、1。"和/或注入電流ih3的有 源控制。
[0068] 開關(guān)元件Sp S2、S3用來分別把一個(gè)相位U、V、W連接到三極電路5的極連接A，其 中為一個(gè)注入電流i h3提供電流路徑?？刂齐娏鱅、1。"經(jīng)極連接B、C流到DC輸出4。在電 源輸入3通過注入電流ih3的施加而避免了系統(tǒng)擾動(dòng)。對(duì)正弦輸入電流來說必需的注入電 流由期望的正弦輸入電流的部分組成（如圖4a至4c中所示）并且示出如圖4d中所示的 近似三角曲線。
[0069] 根據(jù)本發(fā)明的整流器電路的優(yōu)選實(shí)施例的三極電路5 (如圖4所示）使用由第一 分支Zi上兩個(gè)整流器二極管Dh3+和Dh3_組成的單向三電平橋臂以及從第一中點(diǎn)連接A到第 二中點(diǎn)連接M2的雙向開關(guān)Sh3來實(shí)現(xiàn)第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9,其中二極管Dh3+和D h3_把第一中點(diǎn) 連接札連接到緩沖電容器(^Ρ、〇；Ν的正負(fù)連接，其中緩沖電容器在第二分支Z 2上提供。作為 雙向開關(guān)Sh3的結(jié)果，通過激活雙向開關(guān)Sh3，第一中點(diǎn)連接札連接到第二中點(diǎn)連接M 2，并且 因此還經(jīng)導(dǎo)電連接連接到三極電路5的中點(diǎn)M。第二轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10和第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)11 由具有四個(gè)可控半導(dǎo)體閥S^、S#、S m+、Sm_的兩個(gè)半橋提供，其中兩個(gè)半橋的正負(fù)連接連 接到緩沖電容器Ccp、C cn。半導(dǎo)體閥在第三分支Z3上提供。利用已知的所 謂IGBT的"三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)"，可控半導(dǎo)體閥S ep+、Sep_、Sm+、Sm_的這種互連布置尤其可能， 其中所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有可以在市場(chǎng)上獲得并且因此容易以低成本實(shí)現(xiàn)的續(xù)流二極管，并且 在所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中也提供中點(diǎn)M。緩沖電容器C CT、Cra都是第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9的三電平橋臂 的部件并且還是第二和第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10、11的半橋。三極電路的極連接B和C在可控半 導(dǎo)體閥的第一對(duì)S ep+、Sep_和第二對(duì)Sm+、Sm_中的相應(yīng)一對(duì)之間提供。電流i h3、iep、im可以 通過兩個(gè)半橋和三電平橋臂的可控半導(dǎo)體閥s^、s#、sm+、sm_的適當(dāng)觸發(fā)來控制。
[0070] 此外，根據(jù)本發(fā)明的整流器電路的優(yōu)選實(shí)施例（如圖4所示）包括在點(diǎn)到點(diǎn)連接 中布置并且在電源輸入3處連接到相位U、V、W的濾波電容器C F。濾波電容器CF在星形點(diǎn) MCF周圍以點(diǎn)到點(diǎn)連接布置。星形點(diǎn)MCF還利用三極電路5的中點(diǎn)Μ連接到旁路電容器C BF。 電源輸入3經(jīng)濾波電容器CF與旁路電容器CBF的這種連接允許由三極電路5中的高頻開關(guān) 過程產(chǎn)生的高頻故障電流i f的放電，這在三極電路5的全部三個(gè)電流ih3、iep和im通過分 立布置的控制器控制時(shí)帶來特別的優(yōu)點(diǎn)。旁路電容器C BF的連接不被認(rèn)為是三極電路5的 另一個(gè)第四極連接，因?yàn)楸环烹姷墓收想娏?、是高頻的并且與極連接A、B、C中的電流相比 而言相當(dāng)?shù)汀?br>
[0071] 根據(jù)圖4中的優(yōu)選實(shí)施例，極連接A、B、C中每一個(gè)連接到電感器Lh3、L ep、Len，這些 電感器用于引導(dǎo)兩個(gè)控制電流U、im和注入電流i h3。三個(gè)注入電流ih3、i^p、im中至少兩 個(gè)以這種方式被控制，其中，作為強(qiáng)制總電流的結(jié)果，第三個(gè)電流導(dǎo)致零。
[0072] 圖4a示出在電源輸入3的相位U、V、W的電流曲線。根據(jù)三相電源，相位電流iu、 iv、iw被相移。
[0073] 圖4b示出在整流器電路1之后在兩條輸出線路PDC、NDC之間施加的整流后的電壓 UM。。除了輸出電壓％，整流后的電壓^還包括正弦頂部。恒定的輸出電壓％是通過利用 扼流圈7和輸出電容器Q對(duì)整流后的電壓進(jìn)行濾波來實(shí)現(xiàn)的。
[0074] 圖4c示出正整流器電流ip的曲線，正整流器電流ip是通過將控制電流i ep適當(dāng) 供給到橋式整流器的正輸出線路PD。而獲得的。所圖示的正弦頂部對(duì)應(yīng)于正弦輸入電流i u、 iv、iw的相應(yīng)部分。
[0075] 圖4d示出注入電流ih3，注入電流ih3對(duì)應(yīng)于電源電流i u、iv、iw的三角分量。所述 注入電流ih3通過根據(jù)本發(fā)明的整流器電路供給到三極電路5。
[0076] 扼流圈電流k在圖4f中示出并且包括直接供給負(fù)載6的恒定輸出電流iQ，以及作 為整流器輸出電壓和近似恒定的輸出電壓％之間電壓差的結(jié)果獲得的疊加交流分量。 所需控制電流iep、im的曲線在圖4g和4h中示出?？刂齐娏鱥^p、i m最優(yōu)選地必須根據(jù)圖 4g和圖4h來控制。
[0077] 根據(jù)另一實(shí)施例，可以提供三極電路5的第二和第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10、11。第一轉(zhuǎn)換 器系統(tǒng)9通過直接連接經(jīng)中點(diǎn)Μ連接到極連接A。如已經(jīng)在圖4中描述過的，第二和第三轉(zhuǎn) 換器系統(tǒng)1〇、11有利地通過具有可控半導(dǎo)體閥和緩沖電容器的半橋來布 置。中點(diǎn)Μ的電位由中點(diǎn)Μ與三極電路5的極連接A的直接連接定義并且顯示沒有高頻電 壓跳變。在這個(gè)過程中，兩個(gè)控制電流通過兩個(gè)半橋的可控半導(dǎo)體閥的適當(dāng)觸發(fā)來 控制，其中注入電流i h3是基于三極電路5的總電流為零來獲得的。根據(jù)圖3所示的整流器 電路的實(shí)施例，三極電路5通過旁路電容器Cb F回到電源的連接沒有提供。
[0078] 圖5示出具有三臂扼流圈的三個(gè)電感器Lh3、Lep、L en的有利實(shí)施例，其中繞組方向 由個(gè)別扼流圈上的點(diǎn)輸入，這有利地致使磁性部件并因此致使根據(jù)本發(fā)明的整個(gè)整流器系 統(tǒng)的整個(gè)體積和重量的相對(duì)減小。
[0079] 此外，圖5示出三極電路5的第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9的單向三電平橋臂的雙向開關(guān) Sh3的實(shí)施例，其中使用具有彼此相反地開關(guān)的反并聯(lián)續(xù)流二極管的兩個(gè)IGBT，其中諸如 M0SFET的其它開關(guān)元件也可以代替地使用。雙向開關(guān)Sh3的這種實(shí)施例是已知的，但是在 這里將聯(lián)系根據(jù)本發(fā)明的整流器電路來解釋，其中，利用根據(jù)本發(fā)明的整流器電路和根據(jù) 本發(fā)明用于施加控制電流的方法，中點(diǎn)電壓um的控制將關(guān)于雙向開關(guān)sh3的綜合視圖來解 釋。
[0080] 為了控制控制電流和/或注入電流，在圖5和圖6中示出的中點(diǎn)電壓^影響差分 電壓Uu、UL P、經(jīng)電感器Lh3、Lf Lm的生成。第一差分電壓Uu是由第一電感器Lh3等獲 得的。注入電壓隊(duì) 3是從第一極連接A相對(duì)于電源（即相對(duì)于中性點(diǎn)N)的電位獲得的。
[0081] 根據(jù)本發(fā)明的用于控制控制電流施加的可能性將在下面解釋：
[0082] _)全部三個(gè)電流ih3、iep、ien同時(shí)利用三個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9、10、11控制到期望的曲 線。中點(diǎn)電壓u m的控制是不可能的，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的整流器電路的全部自由度都已經(jīng)用 于控制。在任何發(fā)生的控制誤差的情況下，中點(diǎn)電壓u m的電位跳變發(fā)生，這可以有利地由 具有旁路電容器CBF的布置捕捉。
[0083] _)三個(gè)電流ih3、iep、ien中只有兩個(gè)由相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9、10、11控制，其中，例 如，轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9控制注入電流i h3，而轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10控制電流U。作為三極電路的總電流 為零的主要事實(shí)的結(jié)果，第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)11有利地用來控制中點(diǎn)電壓U w的均值。
[0084] _)根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，緩沖電容器電壓&、Um的最小化是有可能的，因?yàn)橹悬c(diǎn) 電壓U w的均值是以截然相反的方式控制成在三極電路5的第一極連接A發(fā)生的注入電壓 Uh3。同樣，三個(gè)電流ih3、iep、ien中只有兩個(gè)由相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9、10、11控制，其中，轉(zhuǎn)換 器系統(tǒng)11控制注入電流i h3，而轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9控制電流U，于是第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10用于控 制中點(diǎn)電壓Um的均值。圖6a通過例子示出中點(diǎn)電壓U w的這樣的均值，其是相對(duì)于處于三 極電路5的第一極連接A的電壓以截然相反的方式進(jìn)行控制的，其中圖6a只示出在半導(dǎo)體 閥S#、S#、S m+、Sm_、Sh3、Sh3+、Sh3_的開關(guān)周期上求平均的中點(diǎn)電壓。
[0085] 盡管，對(duì)于前兩種控制方法，第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9可以利用單向三電平橋臂來布置， 但是對(duì)第三種控制方法提供第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9的三電平橋臂的雙向布置是必要的。
[0086] 圖6不出在第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9中具有雙向三電平橋臂的三極電路5的優(yōu)選實(shí)施 例。在這種情況下，第一分支Zi中的整流器二極管D h3+、Dh3_，如圖4中所示，被有源可控半 導(dǎo)體部件Sh3+、S h3_(例如被如圖6中所示的具有反并聯(lián)續(xù)流二極管的IGBT)代替。因此，電 流也可以在三極電路5的第一極連接A反相施加到注入電壓U h3。
[0087] 圖7示出根據(jù)本發(fā)明的整流器電路的實(shí)施例，其中第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)9用第一極 連接A與三極電路5的中點(diǎn)Μ的直接連接代替，并且第二轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10和第三轉(zhuǎn)換器系 統(tǒng)11都由三電平橋臂來布置，其中在圖7中布置通常已知的"三電平中性點(diǎn)箝位轉(zhuǎn)換器 3L-NPC"，其中可以使用相同類型的橋臂。兩個(gè)三電平橋臂關(guān)于中點(diǎn)分支Z m*別以對(duì)稱的方 式布置，其中該中點(diǎn)分支連接到三電平橋臂的DC電壓連接。中點(diǎn)分支2111具有緩沖電容器 CCP、〇；Ν并且在中點(diǎn)分支Zm中點(diǎn)Μ處經(jīng)開關(guān)元件Sp S2、S3以可連接的方式直接連接到電源 輸入3。三電平橋臂的中性連接N8連接到中點(diǎn)Μ和第一極連接A。3L-NPC的AC電壓連接 AC8分別經(jīng)電感器LCP、L?連接到極連接B、C。在這種實(shí)施例中，控制電流U、1。"通過三電 平橋臂的半導(dǎo)體閥S^、S#、S m+、Sm_的適當(dāng)觸發(fā)來控制，其中注入電流ih3是自動(dòng)獲得的。 由于中點(diǎn)Μ經(jīng)開關(guān)Sp S2、S3直接連接到電源相位U、V、W，因此可以忽略中間電&UW的控 制。由于在中點(diǎn)Μ有恒定的正或負(fù)電壓電平的情況下控制電流i ep、im既有正號(hào)又有負(fù)號(hào)， 因此在兩個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)1〇、11中都必須使用雙向橋式結(jié)構(gòu)。
[0088] 圖8示出三極電路5的另一實(shí)施例，其中電壓源Ux附加地在注入電流ih3的電流 分支提供。控制電流1、1。 11通過轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)1〇、11的可控半導(dǎo)體閥3。1)+、5。1)_、5。 11+、5。11_的適 當(dāng)觸發(fā)來控制，其中注入電流ih3是自動(dòng)獲得的。電壓源仏根據(jù)本發(fā)明把時(shí)變電壓施加到 在極連接A與三極電路5的中點(diǎn)Μ之間的分支中，這個(gè)電壓允許中點(diǎn)電壓U w的增大或減小 以及控制電流U、im的更低變形傳導(dǎo)。
[0089] 圖9示出具有電壓源Ux的三極電路5的另一實(shí)施例，其中電壓源Ux在三極電路的 第二和第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10、11之間提供，其中根據(jù)圖9的電壓源U x涉及DC電壓源。兩個(gè)注 入電容器Ch3p、Ch3n與電壓源并聯(lián)提供，其連接連接到C h3p、Ch3n的極連接A?？刂齐娏?通過可控半導(dǎo)體閥S^、S^、Sm+、Sm_的適當(dāng)觸發(fā)來控制，其中，作為總電流為零的結(jié)果，注 入電流ih3是自動(dòng)獲得的。由于附加插入的電壓源Ux，第二轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)10的負(fù)電位有利地 減小，并且第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)11的正連接的電位有利地增大，這進(jìn)而允許兩個(gè)控制電流I、 im的基本無變形傳導(dǎo)。
[0090] 這直接表明具有電流注入的整流器電路和用于施加控制電流的方法以整流器電 路的低系統(tǒng)擾動(dòng)發(fā)生這樣一種方式得以改進(jìn)，其中盡可能是正弦的輸入電流將與相應(yīng)電源 電壓同相存在，在整流器電路的AC電壓側(cè)不需要大的磁性部件，避免了在整流器電路的輸 出的控制電流的脈沖注入，不需要在AC電壓或DC電壓側(cè)布置的大濾波電容器，并且整流器 電路的效率得以提商。
[0091] 標(biāo)號(hào)列表：
[0092] 1 整流器布置
[0093] 2 半導(dǎo)體閥
[0094] 3 電源輸入
[0095] 4 DC 輸出
[0096] 5 三極電路
[0097] 6 負(fù)載
[0098] 7 扼流圈
[0099] A 第一極連接
[0100] AC8 AC電壓連接
[0101] B 第二極連接
[0102] C 第三極連接
[0103] C〇 輸出電容器
[0104] CBF 旁路電容器
[0105] CF 濾波電容器
[0106] Ccp 緩沖電容器
[0107] Ccn 緩沖電容器
[0108] Ch3p 注入電容器
[0109] Ch3n 注入電容器
[0110] Dh3+ 橋式閥
[0111] Dh3-橋式閥
[0112] ih3 注入電流
[0113] icn 控制電流
[0114] icp 控制電流
[0115] iL 扼流圈電流
[0116] ip 正整流器電流
[0117] in 負(fù)整流器電流
[0118] lf 故障電流
[0119] lu 相電流
[0120] iv 相電流
[0121] lw 相電流
[0122] Lh3 第一電感器
[0123] Lcp 第二電感器
[0124] Lcn 第三電感器
[0125] Μι 第一中點(diǎn)連接
[0126] M2 第二中點(diǎn)連接
[0127] M3 第三中點(diǎn)連接
[0128] Μ 中點(diǎn)
[0129] Mcf 星形點(diǎn)
[0130] Mp 連接點(diǎn)
[0131] Mn 連接點(diǎn)
[0132] N 中性點(diǎn)
[0133] N8 中性連接
[0134] Ndc 負(fù)輸出線路
[0135] PDC 正輸出線路
[0136] P0(t) 時(shí)變功率
[0137] Si 開關(guān)元件
[0138] S2 開關(guān)元件
[0139] S3 開關(guān)元件
[0140] Scp+ 可控半導(dǎo)體閥
[0141] Scp_ 可控半導(dǎo)體閥
[0142] Scn+ 可控半導(dǎo)體閥
[0143] Sm_ 可控半導(dǎo)體閥
[0144] Sh3+ 可控半導(dǎo)體閥
[0145] Sh3_ 可控半導(dǎo)體閥
[0146] Sh3 雙向開關(guān)
[0147] U 相位
[0148] Ux 電壓源
[0149] U〇 輸出電壓
[0150] Urec 整流后的電壓
[0151] ULp 第一差分電壓
[0152] ULn 第二差分電壓
[0153] UL3 第三差分電壓
[0154] Uh3 注入電壓
[0155] Ucp 緩沖電容器電壓
[0156] Ucn 緩沖電容器電壓
[0157] Uw 中點(diǎn)電壓
[0158] V 相位
[0159] W 相位
[0160] 1, 第一分支
[0161] Z2 第二分支
[0162] Z3 第三分支
[0163] Zm 中點(diǎn)分支
【權(quán)利要求】
1. 一種具有半導(dǎo)體閥（2)的三相整流器布置（1)的整流器電路，該整流器電路優(yōu)選地 是二極管的橋式整流器電路，其中整流器布置（1)包括三相電源輸入（3)和DC輸出（4)，并 且在電源輸入（3)的三相（U，V，W)中至少一相連接到三極電路（5)的第一極連接（A)以供 把注入電流（i h3)轉(zhuǎn)入三極電路（5)，其特征在于，每一相（U，V，W)能夠分別利用開關(guān)元件 (Si;、）連接至IJ三極電路（5)的第一極連接（A)，并且三極電路（5)的第二極連接和第三 極連接（B，C)分別連接到DC輸出（4)的控制電流（i ep，〇的輸出線路（PDC，NDC)，其中三 極電路（5)包括用于控制電流（if ij和/或注入電流（ih3)的有源控制的可控半導(dǎo)體閥 (Scp+，Sep_，S m+，Sm_)，可控半導(dǎo)體閥（Sep+，Sep_，S m+，Sm_)優(yōu)選地是IGBT，至少一個(gè)扼流圈（7) 布置在DC輸出（4)的輸出線路（P DC，NDC)中的一條輸出線路上，并且時(shí)變負(fù)載（6)在DC輸 出⑷提供。
2. 如權(quán)利要求1所述的整流器電路，其特征在于，三極電路（5)的第二極連接和第三 極連接（B，C)分別經(jīng)第二電感器和第三電感器（Lep，Lj連接到DC輸出（4)的兩條輸出線 路（P DC，NDC)中的一條輸出線路，并且扼流圈（7)在第二極連接和第三極連接（B，C)與負(fù)載 (6)之間提供。
3. 如權(quán)利要求2所述的整流器電路，其特征在于，第一極連接（A)經(jīng)第一電感器（Lh3) 連接到開關(guān)元件（Sp S2, S3)，其中三個(gè)電感器（Lh3, Lep，LJ通過三臂扼流圈布置。
4. 如權(quán)利要求1至3中一項(xiàng)所述的整流器電路，其特征在于，DC輸出⑷處的兩條輸 出線路（PDC，NDC)連接到輸出電容器（C。）。
5. 如權(quán)利要求1至4中一項(xiàng)所述的整流器電路，其特征在于，電源輸入（3)處的三相 (U，V，W)中的每一相分別連接到濾波電容器（CF)，其中濾波電容器（CF)以點(diǎn)到點(diǎn)的方式在 星形點(diǎn)（Mj中互連。
6. 如權(quán)利要求1至5中一項(xiàng)所述的整流器電路，其特征在于，三極電路（5)經(jīng)至少一個(gè) 旁路電容器（CBF)連接到電源輸入（3)。
7. 如權(quán)利要求1至6中一項(xiàng)所述的整流器電路，其特征在于，三極電路包括優(yōu)選地布 置在橋式結(jié)構(gòu)中的具有可控半導(dǎo)體閥（S^，S ep_，Sm+，Sm_)和/或雙向開關(guān)（Sh3)的三個(gè)轉(zhuǎn) 換器系統(tǒng)（9,10,11)，其中三極電路（5)的第一極連接㈧在第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)（9)上提供， 三極電路（5)的第二極連接⑶在第二轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)（10)上提供，并且三極電路（5)的第三 極連接（C)在第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)（11)上提供，并且到分支點(diǎn)即三極電路（5)的公共中點(diǎn)（M) 的連接從全部三個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)（9,10,11)提供。
8. 如權(quán)利要求7所述的整流器電路，其特征在于，第一轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)（9)作為三電平橋臂 提供，其中第二轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)和第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)（10,11)作為半橋提供，并且三個(gè)轉(zhuǎn)換器系 統(tǒng)（9,10,11)通過三個(gè)分支（Zi，Z 2，Z3)布置，這三個(gè)分支并聯(lián)開關(guān)并具有電子部件，其中三 極電路（5)的第一極連接（A)布置在第一分支（ZJ上，第二極連接和第三極連接（B，C)布 置在第三分支（Z 3)上，并且分支（Ζρ Z2, Z3)中每一個(gè)包括中點(diǎn)連接（Μρ M2, M3)，其中分支 (ΖρΖ^Α)的部件在所述中點(diǎn)連接周圍對(duì)稱地布置，并且其中第一分支0)的 第一中點(diǎn)連接（MJ經(jīng)雙向開關(guān)（S h3)連接到第二分支（Z2)的第二中點(diǎn)連接（M2)，并且第二 中點(diǎn)連接（M 2)直接導(dǎo)電連接到第三分支（Z3)的第三中點(diǎn)連接（M3)，其中第三中點(diǎn)連接（M 3) 作為三極電路（5)的中點(diǎn)（Μ)提供。
9. 如權(quán)利要求1至6中一項(xiàng)所述的整流器電路，其特征在于，三極電路包括優(yōu)選地布置 在橋式結(jié)構(gòu)中的具有可控半導(dǎo)體閥的兩個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)（10,11)，其中三 極電路（5)的第二極連接⑶在第二轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)（10)上提供，三極電路（5)的第三極連接 (C)在第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)（11)上提供，并且到分支點(diǎn)即三極電路（5)的公共中點(diǎn)（M)的連接 從兩個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)（10,11)都提供，并且中點(diǎn)（M)連接到第一極連接（A)。
10. 如權(quán)利要求9所述的整流器電路，其特征在于，第二轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)和第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng) (10,11)作為半橋提供，其中兩個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)（10,11)通過并聯(lián)開關(guān)的兩個(gè)分支（Z 2，Z3)布 置，三極電路（5)的第一極連接（A)連接到第二分支（Z2)，第二極連接和第三極連接（B，C) 布置在第三分支（Z 3)上，并且分支（Z2，Z3)中的每一個(gè)包括中點(diǎn)連接（M2，M 3)，其中分支（Z2， Z3)的部件在所述中點(diǎn)連接（M2, M3)周圍對(duì)稱地布置，并且第二分支（Z2)的第二中點(diǎn)連接 (M2)直接導(dǎo)電連接到第三分支（Z 3)的第三中點(diǎn)連接（M3)，其中第三中點(diǎn)連接（M3)作為三極 電路（5)的中點(diǎn)（M)提供。
11. 如權(quán)利要求10所述的整流器電路，其特征在于，第二中點(diǎn)連接（M2)經(jīng)電壓源（Ux) 連接到第一極連接（A)。
12. 如權(quán)利要求8所述的整流器電路，其特征在于，兩個(gè)橋式閥（Dh3+，Dh3_)在第一分支 (ZJ中以相同的傳導(dǎo)方向串聯(lián)開關(guān)，兩個(gè)橋式閥（D h3+，Dh3_)優(yōu)選地是二極管，其中第一中點(diǎn) 連接（MJ布置在兩個(gè)橋式閥（Dh3+，D h3_)之間。
13. 如權(quán)利要求8或10所述的整流器電路，其特征在于，兩個(gè)緩沖電容器％Ρ，Cj在 第二分支（Z2)上串聯(lián)開關(guān)，其中第二中點(diǎn)連接（M 2)布置在兩個(gè)緩沖電容器（(^Ρ，〇；Ν)之間。
14. 如權(quán)利要求8或10所述的整流器電路，其特征在于，四個(gè)可控半導(dǎo)體閥 Sm+，Sm_)提供成在第三分支（Z3)上串聯(lián)開關(guān)，其中三極電路（5)的中點(diǎn)（Μ)布置在串聯(lián)開 關(guān)的兩對(duì)可控半導(dǎo)體閥（S^，S#，S m+，Sm_)之間的連接中，并且第二極連接（Β)在第一對(duì) 可控半導(dǎo)體閥（Sq+jt)之間提供，且第三極連接（C)在第二對(duì)可控半導(dǎo)體閥（S m+，Sm_)之 間提供。
15. 如權(quán)利要求12所述的整流器電路，其特征在于，兩個(gè)橋式閥（Dh3+，Dh3_)被布置為可 控半導(dǎo)體閥（S h3+，Sh3_)，可控半導(dǎo)體閥（Sh3+，Sh3_)優(yōu)選地是IGBT。
16. 如權(quán)利要求9所述的整流器電路，其特征在于，三極電路（5)的第二轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)和 第三轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)（10,11)利用已知的雙向三電平橋臂布置，已知的雙向三電平橋臂布置優(yōu) 選地是兩個(gè)所謂的三電平中性點(diǎn)箝位轉(zhuǎn)換器（3L-NPC)，其中三電平橋臂在與三電平橋臂并 聯(lián)開關(guān)的中點(diǎn)分支（Z m)周圍對(duì)稱地布置，中點(diǎn)分支（Zm)布置成串聯(lián)開關(guān)的兩個(gè)緩沖電容器 (Ccp，CJ，中點(diǎn)（M)在兩個(gè)緩沖電容器（C CP，CJ之間提供，三電平橋臂的中性連接（N8)連 接到中點(diǎn)（M)和第一極連接（A)，并且三電平橋臂的AC電壓連接（AC 8)分別作為三極電路 (5)的第二極連接⑶和第三極連接（C)提供。
17. 如權(quán)利要求9所述的整流器電路，其特征在于，三極電路（5)利用第一極連接（A) 連接到兩個(gè)注入電容器（Ch3p，Ch3n)相應(yīng)的一側(cè)，這種連接構(gòu)成三極電路（5)的中點(diǎn)（M)，其 中注入電容器（C h3p，Ch3n)的另兩側(cè)經(jīng)電壓源（Ux)連接并且構(gòu)成連接點(diǎn)（MP、M N)，其中提供 源自連接點(diǎn)（MP、MN)并且包括相應(yīng)的一個(gè)緩沖電容器（(^ Ρ，〇；Ν)和相應(yīng)的一對(duì)可控半導(dǎo)體閥 (S^S^S^SJ的電流回路，并且第二極連接⑶和第三極連接（C)在一對(duì)相應(yīng)的兩個(gè) 可控半導(dǎo)體閥（S ep+，Sep_，Sm+，Sm_)之間提供。
18. -種用于把控制電流（、，im)施加到整流器電路的DC輸出⑷中的方法，其中整 流器電路具有半導(dǎo)體閥（2)的三相整流器布置（1)，整流器電路優(yōu)選地是二極管的三極橋 式整流器電路，其中注入電流（ih3)從整流器電路的電源輸入（3)處的三相（U、V、W)中的 至少一相轉(zhuǎn)向，其特征在于，注入電流（i h3)供給到三極電路（5)的第一極連接（A)，注入電 流（ih3)和/或控制電流（U，〇的控制通過三極電路（5)中的有源部件發(fā)生，有源部件 優(yōu)選地是可控半導(dǎo)體閥（3。 1)+，5。1)_，5。11+，5。11_)，并且兩條0(：輸出線路（? 1^，％。）中的整流器電 流（ip，in)經(jīng)三極電路（5)的第二極連接和第三極連接（B，C)被添加控制電流（i m，icp)， 并且被引導(dǎo)至少通過布置在DC輸出（4)上的一個(gè)扼流圈（7)。
19. 如權(quán)利要求18所述的用于施加控制電流（if im)的方法，其特征在于，注入電流 (ih3)和/或控制電流(icp，〇被傳導(dǎo)通過三個(gè)電感器(Lh3, Lcp，Lcn)中的在三個(gè)極連接中 的至少兩個(gè)極連接上提供的至少兩個(gè)電感器，以供通過經(jīng)電感器（L h3, Lf Lm)的差分電壓 (uu，υ?η，υ?ρ)來平滑和控制電流（i h3, iep，ij，并且第三個(gè)電流（ih3, iep，〇通過三個(gè)電流 (ih3, U，im)當(dāng)中的兩個(gè)電流的控制來設(shè)置。
20. 如權(quán)利要求18至19所述的利用如權(quán)利要求7、8或12至17中一項(xiàng)所述的整流器 電路施加控制電流（if im)的方法，其特征在于，中點(diǎn)電壓（Uw)是在三極電路（5)的中點(diǎn) (M)與中性點(diǎn)（N)之間測(cè)量的，并且中點(diǎn)電壓（Um)的均值由轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)（9,10,11)中的一 個(gè)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)控制。
21. 如權(quán)利要求20所述的用于施加控制電流（if im)的方法，其特征在于，中點(diǎn)電壓 (Uw)的均值被控制成零。
22. 如權(quán)利要求20或21所述的利用如權(quán)利要求13至17中一項(xiàng)所述的整流器電路施 加控制電流（U，im)的方法，其特征在于，緩沖電容器（CeP)處的緩沖電容器電壓（U eP)對(duì) 照中性點(diǎn)（N)被控制成大于正輸出線路（PDC)的電壓，并且緩沖電容器（C CN)處的緩沖電容 器電壓（UCN)對(duì)照中性點(diǎn)（N)被控制成低于負(fù)輸出線路（NDC)的電壓。
23. 如權(quán)利要求20至22中一項(xiàng)所述的用于施加控制電流（if im)的方法，其特征在 于，中點(diǎn)電壓（Um)的均值的控制通過可控半導(dǎo)體閥（S^，S#，S m+，Sm_，Sh3+，Sh3_)發(fā)生。
24. 如權(quán)利要求19至23所述的利用如權(quán)利要求15所述的整流器電路施加控制電流 (U，im)的方法，其特征在于，第一緩沖電容器電壓（U CT)在緩沖電容器（CCT)處被最小化并 且第二緩沖電容器電壓（UeN)在緩沖電容器（C eN)處被最小化，其中中點(diǎn)電壓（Uw)被控制成 注入電壓（Uh3)的負(fù)半值，并且注入電壓（U h3)施加在第一極連接㈧和中性點(diǎn)（N)之間。
25. 如權(quán)利要求19至24中一項(xiàng)所述的利用如權(quán)利要求11或17所述的整流器電路施 加控制電流（U，im)的方法，其特征在于，中點(diǎn)電壓（Um)的電位通過電壓源（Ux)的控制相 對(duì)于兩條輸出線路（P De，ND。）中的一條輸出線路增大或減小。
【文檔編號(hào)】H02M1/42GK104221263SQ201380017808
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】M·哈特曼, R·費(fèi)爾因格 申請(qǐng)人:施耐德電氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)有限公司