CN106655840A - 降低平均开关速率的三相电流型pwm整流器控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法：1)每个PWM开关周期内都对1个且仅对1个开关进行开关控制，其余5个开关处于常通，常断或控制导通状态；降低了平均开关速率，整流器可以得到更高的转换效率；2)采用开环控制的方法，无需构成闭环调节系统，且不需考虑PWM信号的叠流时间，控制方法实现更为简单。3)三相网侧电流的THD＝4.64％。整流输出直流电压平均值保持为相电压峰值的1.57倍不变，与负载电流无关。本发明降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法较为简单且能有效提高PWM整流器的变换效率。

Description

降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法
技术领域
本发明属于三相PWM整流技术领域，具体涉及一种降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法。
背景技术
在现有技术中，当三相电流型PWM整流器中的6个开关中保持有3个同时处于PWM开关状态下，就需要考虑驱动信号的“叠流时间”。若平均开关速率较高，就会使开关损耗较大，进而影响整流器的效率。由此可见，开发出一种能有效降低平均开关速率，进而降低开关损耗，提高转换效率的三相电流型PWM整流器控制方法非常有意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法，该方法简单且能有效提高PWM整流器的变换效率。
本发明所采用的技术方案是，降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法，采用开环PWM控制方法，且不用考虑PWM信号的叠流时间；每个PWM开关周期内都对1个且仅对1个开关进行开关控制，其余5个开关分别处于常通、控制导通或者常断状态；
具体按照以下步骤实施：
步骤1、对三相网侧电压UA、UB和UC进行相位锁定，通过锁相得到与网侧电压相同步的t1～t12时间区间同步节拍，t1区间位于UA正半周过零后的开始30°电角度期间，t2～t12依次排列各占30°电角度；
步骤2、经步骤1后，构造三角载波信号Ut，三角载波信号Ut的谷点值为0，峰点值为1，三角载波Ut的频率fc>>50Hz；
步骤3、经步骤2后，构造M1～M6这6个调制信号；
步骤4、待步骤3完成后，使6个调制信号M1～M6分别与步骤2中的三角载波信号Ut相比较，生成对应T1～T6的6个控制信号：
当调制信号Mi大于三角载波信号时，对应的第i个控制信号为1，对应的Ti导通；反之，第i个控制信号为0，对应的Ti关断，i＝1～6。
本发明的特点还在于：
在步骤3中：
T1～T6的调制信号分别对应记为M1～M6，M1～M6这6个调制信号是开环生成的，仅须与网侧电压保持同步关系；
在t1时间区间内，M3＝0，T3保持关断；M1＝1，T1控制导通但其电流由T5的通断决定；将T5开关的调制信号记为M5，为一直线，在t1区间的起点为M5＝1，在t1时间区间的终点为M5＝0.5；即在t1区间的起点处电流Id全部流入T5，随后T5的电流线性减小，T1的电流线性增大，在t1区间的终点处Id平均分配给T5和T1；M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6保持导通；M2＝0，T2保持关断；
在t2时间区间内，M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5控制导通但其电流由T1的通断决定；将T1开关的调制信号记为M1，为一直线，在t2区间的起点为M1＝0.5，在t2时间区间的终点为M1＝1；即在t2区间的起点处电流Id平均分配给T1和T5，随后T1的电流线性增大，T5的电流线性减小，在t2区间的终点处电流Id全部流入T1；M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6保持导通；M2＝0，T2保持关断；
在t3时间区间内，M4＝0，T4保持关断；M2＝1，T2控制导通但其电流由T6的通断决定；将T6开关的调制信号记为M6，为一直线，在t3区间的起点为M6＝1，在t3时间区间的终点为M6＝0.5；即在t3区间的起点处电流Id全部流入T6，随后T6的电流线性减小，T2的电流线性增大，在t3区间的终点处Id平均分配给T6和T2；M1＝1，T1保持导通；M3＝0，T3保持关断；M5＝0，T5保持关断；
在t4时间区间内，M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6控制导通但其电流由T2的通断决定；将T2开关的调制信号记为M2，为一直线，在t4区间的起点为M2＝0.5，在t4时间区间的终点为M2＝1；即在t4区间的起点处电流Id平均分配给T2和T6，随后T2的电流线性增大，T6的电流线性减小，在t4区间的终点处电流Id全部流入T2；M1＝1，T1保持导通；M3＝0，T3保持关断；M5＝0，T5保持关断；
在t5时间区间内，M5＝0，T5保持关断；M3＝1，T3控制导通但其电流由T1的通断决定；将T1开关的调制信号记为M1，为一直线，在t5区间的起点为M1＝1，在t5时间区间的终点为M1＝0.5；即在t5区间的起点处电流Id全部流入T1，随后T1的电流线性减小，T3的电流线性增大，在t5区间的终点处Id平均分配给T1和T3；M4＝0，T4保持关断；M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2保持导通；
在t6时间区间内，M5＝0，T5保持关断；M1＝1，T1控制导通但其电流由T3的通断决定；将T3开关的调制信号记为M3，为一直线，在t6区间的起点为M3＝0.5，在t6时间区间的终点为M3＝1；即在t6区间的起点处电流Id平均分配给T3和T1，随后T3的电流线性增大，T1的电流线性减小，在t6区间的终点处电流Id全部流入T3；M4＝0，T4保持关断；M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2保持导通；
在t7时间区间内，M6＝0，T6保持关断；M4＝1，T4控制导通但其电流由T2的通断决定；将T2开关的调制信号记为M2，为一直线，在t7区间的起点为M2＝1，在t7时间区间的终点为M2＝0.5；即在t7区间的起点处电流Id全部流入T2，随后T2的电流线性减小，T4的电流线性增大，在t7区间的终点处Id平均分配给T2和T4；M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3保持导通；M5＝0，T5保持关断；
在t8时间区间内，M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2控制导通但其电流由T4的通断决定；将T4开关的调制信号记为M4，为一直线，在t8区间的起点为M4＝0.5，在t8时间区间的终点为M4＝1；即在t8区间的起点处电流Id平均分配给T4和T2，随后T4的电流线性增大，T2的电流线性减小，在t8区间的终点处电流Id全部流入T4；M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3保持导通；M5＝0，T5保持关断；
在t9时间区间内，M1＝0，T1保持关断；M5＝1，T5控制导通但其电流由T3的通断决定；将T3开关的调制信号记为M3，为一直线，在t9区间的起点为M3＝1，在t9时间区间的终点为M3＝0.5；即在t9区间的起点处电流Id全部流入T3，随后T3的电流线性减小，T5的电流线性增大，在t9区间的终点处Id平均分配给T3和T5；M4＝1，T4保持导通；M6＝0，T6保持关断；M2＝0，T2保持关断；
在t10时间区间内，M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3控制导通但其电流由T5的通断决定；将T5开关的调制信号记为M5，为一直线，在t10区间的起点为M5＝0.5，在t10时间区间的终点为M5＝1；即在t10区间的起点处电流Id平均分配给T5和T3，随后T5的电流线性增大，T3的电流线性减小，在t10区间的终点处电流Id全部流入T5；M4＝1，T4保持导通；M6＝0，T6保持关断；M2＝0，T2保持关断；
在t11时间区间内，M2＝0，T2保持关断；M6＝1，T6控制导通但其电流由T4的通断决定；将T4开关的调制信号记为M4，为一直线，在t11区间的起点为M4＝1，在t11时间区间的终点为M4＝0.5；即在t11区间的起点处电流Id全部流入T4，随后T4的电流线性减小，T6的电流线性增大，在t11区间的终点处Id平均分配给T4和T6；M1＝0，T1保持关断；M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5保持导通；
在t12时间区间内，M2＝0，T2保持关断；M4＝1，T4控制导通但其电流由T6的通断决定；将T6开关的调制信号记为M6，为一直线，在t12区间的起点为M6＝0.5，在t12时间区间的终点为M6＝1；即在t12区间的起点处电流Id平均分配给T6和T4，随后T6的电流线性增大，T4的电流线性减小，在t12区间的终点处电流Id全部流入T6；M1＝0，T1保持关断；M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5保持导通；
M1～M6这6个调制信号各有连续6个时间区间为>0，每个调制信号在其>0的连续6个时间区间内的第1、3，4、6这四个30°区间均为1；在第2个30°区间调制信号由0.5线性上升到1，分别对应该控制信号的导通占空比由50％线性上升到100％；在第5个30°区间调制信号由1线性下降到到0.5，分别对应该控制信号的导通占空比由100％线性下降到50％；
M1、M3和M5分别在UA、UB和UC的负半周为0，分别对应T1、T3和T5关断；M4、M6和M2分别在UA、UB和UC的正半周为0，分别对应T4、T6和T2关断；M1、M3和M5分别在UA、UB和UC正半周的6个30°区间为>0，其中第1、3、4、6这四个30°区间为1，分别对应T1、T3和T5导通；第2个30°区间由0.5线性上升到1，分别对应T1、T3和T5的导通占空比由50％线性上升到100％；第5个30°区间由1线性下降到到0.5，分别对应T1、T3和T5的导通占空比由100％线性上升到50％；M4、M6和M2分别在UA、UB和UC负半周的6个30°区间为>0，其中第1、3、4、6这四个30°区间为1，分别对应T4、T6和T2导通；第2个30°区间由0.5线性上升到1，分别对应T4、T6和T2的导通占空比由50％线性上升到100％；第5个30°区间由1线性下降到到0.5，分别对应T4、T6和T2的导通占空比由100％下降上升到50％。
在步骤3中：
在12个时间区间中的任意一个30°时间区间内：UA、UB和UC都不改变符号，其中有两个同号，一个异号；若异号电压为正，则UA、UB和UC分别对应T1、T3或T5常通；若异号电压为负，则UA、UB和UC分别对应T4、T6或T2常通；两个同号电压中，无论正负总是幅值大者对应的开关处于PWM控制状态，幅值小者对应的开关处于控制导通状态；幅值大者导通时幅值小者对应的处于控制导通状态的开关自然进入反向阻断状态，幅值大者关断时幅值小者对应的处于控制导通状态的开关自然进入正向导通状态，不用考虑叠流时间。
在所述步骤4中：
每个PWM开关周期内都对1个且仅对1个开关进行开关控制，其余5个开关处于控制导通或者常断状态，对应于一个工频周期的t1，t2，……，t12这十二个时间区间，分别对应且只对应T5、T1、T6、T2、T1、T3、T2、T4、T3、T5、T4或T6一个开关处于PWM控制状态，其它的开关、常通、常断或者控制导通，T1～T6这6个开关按照如下规律工作：
在t1时间区间，T5PWM控制，T1控制导通，T3常断，P点电位受T5控制在UA和UC之间调制；在t2时间区间，T1PWM控制，T5控制导通，T3常断，P点电位受T1控制在UA和UC之间调制；在t1和t2时间区间，T6常通，T2和T4常断，Q点电位为UB；
在t1时间区间，T5导通时，IC＝Id，IA＝0，T5关断时，IC＝0，IA＝Id；即Id在T5和T1之间切换，受T5控制；在t2时间区间，T1导通时，IA＝Id，IC＝0，T1关断时，IA＝0，IC＝Id；即Id在T5和T1之间切换，受T1控制；在t1和t2时间区间，T6常通，T2和T4常断，IB＝-Id；
在t3时间区间，T6PWM控制，T2控制导通，T4常断，Q点电位受T6控制在UB和UC之间调制；在t4时间区间，T2PWM控制，T6控制导通，T4常断，Q点电位受T2控制在UB和UC之间调制；在t3和t4时间区间，T1常通，T3和T5常断，P点电位为UA；
在t3时间区间，T6导通时，IB＝-Id，IC＝0，T6关断时，IB＝0，IC＝-Id；即Id在T6和T2之间切换，受T6控制；在t4时间区间，T2导通时，IC＝-Id，IB＝0，T2关断时，IC＝0，IB＝-Id；即Id在T6和T2之间切换，受T2控制；在t3和t4时间区间，T1常通，T3和T5常断，IA＝Id；
在t5时间区间，T1PWM控制，T3控制导通，T5常断，P点电位受T1控制在UB和UA之间调制；在t6时间区间，T3PWM控制，T1控制导通，T5常断，P点电位受T3控制在UB和UA之间调制；在t5和t6时间区间，T2控制导通，T6和T4常断，Q点电位为UC；
在t5时间区间，T1导通时，IA＝Id，IB＝0，T1关断时，IA＝0，IB＝Id；即Id在T1和T3之间切换，受T1控制；在t6时间区间，T3导通时，IA＝0，IB＝Id，T3关断时，IA＝Id，IB＝0；即Id在T1和T3之间切换，受T3控制；在t5和t6时间区间，T2常通，T6和T4常断，IC＝-Id；
在t7时间区间，T2PWM控制，T4控制导通，T6常断，Q点电位受T2控制在UC和UA之间调制；在t8时间区间，T4PWM控制，T2控制导通，T6常断，Q点电位受T4控制在UC和UA之间调制；在t7和t8时间区间，T3常通，T5和T1常断，P点电位为UB；
在t7时间区间，T2导通时，IC＝-Id，IA＝0，T2关断时，IC＝0，IA＝-Id；即Id在T4和T2之间切换，受T2控制；在t8时间区间，T4导通时，IA＝-Id，IC＝0，T4关断时，IA＝0，IC＝-Id；即Id在T4和T2之间切换，受T4控制；在t7和t8时间区间，T3常通，T5和T1常断，IB＝Id；
在t9时间区间，T3PWM控制，T5控制导通，T1常断，P点电位受T3控制在UC和UB之间调制；在t10时间区间，T5PWM控制，T3控制导通，T1常断，P点电位受T5控制在UC和UB之间调制；在t9和t10时间区间，T4常通，T2和T6常断，Q点电位为UA；
在t9时间区间，T3导通时，IB＝Id，IC＝0，T3关断时，IB＝0，IC＝Id；即Id在T5和T3之间切换，受T3控制；在t10时间区间，T5导通时，IB＝0，IC＝Id，T5关断时，IB＝Id，IC＝0；即Id在T5和T3之间切换，受T5控制；在t9和t10时间区间，T4常通，T2和T6常断，IA＝-Id；
在t11时间区间，T4PWM控制，T6控制导通，T2常断，Q点电位受T4控制在UA和UB之间调制；在t12时间区间，T6PWM控制，T4控制导通，T2常断，Q点电位受T6控制在UA和UB之间调制；在t11和t12时间区间，T5常通，T3和T1常断，P点电位为UC；
在t11时间区间，T4导通时，IA＝-Id，IB＝0，T4关断时，IA＝0，IB＝-Id；即Id在T4和T6之间切换，受T4控制；在t12时间区间，T6导通时，IB＝-Id，IA＝0，T6关断时，IB＝0，IA＝-Id；即Id在T4和T6之间切换，受T6控制；在t11和t12时间区间，T5常通，T3和T1常断，IC＝Id。
在步骤4中：
在12个时间区间中的任意一个30°时间区间内：UA、UB和UC都不改变符号，其中有两个同号，一个异号；若异号电压为正，则UA、UB和UC分别对应T1、T3或T5常通；若异号电压为负，则UA、UB和UC分别对应T4、T6或T2常通；两个同号电压中，无论正负总是幅值大者对应的开关处于PWM控制状态，幅值小者对应的开关处于控制导通状态；幅值大者导通时幅值小者对应的处于控制导通状态的开关自然进入反向阻断状态，幅值大者关断时幅值小者对应的处于控制导通状态的开关自然进入正向导通状态，不用考虑叠流时间。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法，其电路拓扑与典型的三相电流型PWM整流器电路拓扑是相同的，但是控制方式却不相同，其控制方式的特点是：每个PWM开关周期内都对1个且仅对1个开关进行开关控制，其余5个开关处于常通、常断或控制导通状态，这样大幅降低了三相电流型PWM整流器的平均开关频率，能减小开关损耗及提高转换频率。
(2)本发明降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法，采用开环控制的方法，且无需考虑PWM信号的叠流时间，控制方法更为简单。
(3)利用本发明降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法，输出电压Ud保持1.57Um不变，与负载无关。
附图说明
图1是典型的三相电流型PWM整流器电路拓扑；
图2是本发明降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法中涉及的PWM开关模式示意图；
图3是本发明降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法中涉及的调制信号示意图；
图4是本发明降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法中涉及的网侧电流示意图；
图5是本发明降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法中涉及的整流输出直流电压示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
对于典型的三相电流型PWM整流器电路拓扑而言，其结构如图1所示，6个逆阻型全控开关组成三相PWM整流桥，导通方向均为向上，分别记为T1、T2、T3、T4、T5和T6；T1和T4串联T1在上，其中点A接电网A相电源UA；T3和T6串联T3在上，其中点B接电网B相电源UB；T5和T2串联T5在上，其中点C接电网C相电源UC；T1、T3和T5的上端并联，记为P；直流电流，记为Id，由P点流出，经直流侧电感L流向直流侧负载R上端；T4、T6和T2的下端并联，记为Q，接直流侧负载R下端；P、Q之间的电压记为UPQ，负载R上电压(由上向下)记为Ud；电网A、B和C相电源线流入整流器的电流分别记为IA、IB和IC；A、B和C三点分别接CA、CB和CC三个电容，三个电容下端相连。
在下面的叙述中认为：(1)L足够大使Id等于恒值；(2)CA、CB和CC三个电容只是滤除三相电流中的开关频率谐波分量，并不影响其低频分量；(3)从A相电压的正半周过零点起的一个工频周期依次分为12个等分时间区间，依次记为t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9、t10、t11和t12，每个区间为30°，具体分别如图2、图3、图4及图5所示。
本发明降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法，采用开环PWM控制方法，无需构成控制闭环，且不需考虑PWM信号的叠流时间，使控制方法实现更为简单；每个PWM开关周期内都对1个且仅对1个开关进行开关控制，其余5个开关分别处于常通、控制导通或者常断状态，降低了平均开关速率，整流器能得到更高的转换效率；
具体按照以下步骤实施：
步骤1、对三相网侧电压UA、UB和UC进行相位锁定，所涉及的锁相方法可以为任意一种已知的锁相方法，如：过零点检测法；
通过锁相得到与网侧电压相同步的t1～t12时间区间同步节拍，如图2所示，t1区间位于UA正半周过零后的开始30°电角度期间，t2～t12依次排列各占30°电角度；
步骤2、经步骤1后，构造三角载波信号Ut，如图3所示；三角载波信号Ut的谷点值为0，峰点值为(标幺化的)1，三角载波Ut的频率fc>>50Hz。
步骤3、经步骤2后，构造M1～M6这6个调制信号；
T1～T6的调制信号分别对应记为M1～M6，具体如图3所示，M1～M6这6个调制信号是开环生成的，仅须与网侧电压保持同步关系；
在t1时间区间内，M3＝0，T3保持关断；M1＝1，T1控制导通但其电流由T5的通断决定；将T5开关的调制信号记为M5，为一直线，在t1区间的起点为M5＝1，在t1时间区间的终点为M5＝0.5；即在t1区间的起点处电流Id全部流入T5，随后T5的电流线性减小，T1的电流线性增大，在t1区间的终点处Id平均分配给T5和T1；M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6保持导通；M2＝0，T2保持关断；
在t2时间区间内，M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5控制导通但其电流由T1的通断决定；将T1开关的调制信号记为M1，为一直线，在t2区间的起点为M1＝0.5，在t2时间区间的终点为M1＝1；即在t2区间的起点处电流Id平均分配给T1和T5，随后T1的电流线性增大，T5的电流线性减小，在t2区间的终点处电流Id全部流入T1；M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6保持导通；M2＝0，T2保持关断；
在t3时间区间内，M4＝0，T4保持关断；M2＝1，T2控制导通但其电流由T6的通断决定；将T6开关的调制信号记为M6，为一直线，在t3区间的起点为M6＝1，在t3时间区间的终点为M6＝0.5；即在t3区间的起点处电流Id全部流入T6，随后T6的电流线性减小，T2的电流线性增大，在t3区间的终点处Id平均分配给T6和T2；M1＝1，T1保持导通；M3＝0，T3保持关断；M5＝0，T5保持关断；
在t4时间区间内，M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6控制导通但其电流由T2的通断决定；将T2开关的调制信号记为M2，为一直线，在t4区间的起点为M2＝0.5，在t4时间区间的终点为M2＝1；即在t4区间的起点处电流Id平均分配给T2和T6，随后T2的电流线性增大，T6的电流线性减小，在t4区间的终点处电流Id全部流入T2；M1＝1，T1保持导通；M3＝0，T3保持关断；M5＝0，T5保持关断；
在t5时间区间内，M5＝0，T5保持关断；M3＝1，T3控制导通但其电流由T1的通断决定；将T1开关的调制信号记为M1，为一直线，在t5区间的起点为M1＝1，在t5时间区间的终点为M1＝0.5；即在t5区间的起点处电流Id全部流入T1，随后T1的电流线性减小，T3的电流线性增大，在t5区间的终点处Id平均分配给T1和T3；M4＝0，T4保持关断；M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2保持导通；
在t6时间区间内，M5＝0，T5保持关断；M1＝1，T1控制导通但其电流由T3的通断决定；将T3开关的调制信号记为M3，为一直线，在t6区间的起点为M3＝0.5，在t6时间区间的终点为M3＝1；即在t6区间的起点处电流Id平均分配给T3和T1，随后T3的电流线性增大，T1的电流线性减小，在t6区间的终点处电流Id全部流入T3；M4＝0，T4保持关断；M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2保持导通；
在t7时间区间内，M6＝0，T6保持关断；M4＝1，T4控制导通但其电流由T2的通断决定；将T2开关的调制信号记为M2，为一直线，在t7区间的起点为M2＝1，在t7时间区间的终点为M2＝0.5；即在t7区间的起点处电流Id全部流入T2，随后T2的电流线性减小，T4的电流线性增大，在t7区间的终点处Id平均分配给T2和T4；M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3保持导通；M5＝0，T5保持关断；
在t8时间区间内，M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2控制导通但其电流由T4的通断决定；将T4开关的调制信号记为M4，为一直线，在t8区间的起点为M4＝0.5，在t8时间区间的终点为M4＝1；即在t8区间的起点处电流Id平均分配给T4和T2，随后T4的电流线性增大，T2的电流线性减小，在t8区间的终点处电流Id全部流入T4；M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3保持导通；M5＝0，T5保持关断；
在t9时间区间内，M1＝0，T1保持关断；M5＝1，T5控制导通但其电流由T3的通断决定；将T3开关的调制信号记为M3，为一直线，在t9区间的起点为M3＝1，在t9时间区间的终点为M3＝0.5；即在t9区间的起点处电流Id全部流入T3，随后T3的电流线性减小，T5的电流线性增大，在t9区间的终点处Id平均分配给T3和T5；M4＝1，T4保持导通；M6＝0，T6保持关断；M2＝0，T2保持关断；
在t10时间区间内，M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3控制导通但其电流由T5的通断决定；将T5开关的调制信号记为M5，为一直线，在t10区间的起点为M5＝0.5，在t10时间区间的终点为M5＝1；即在t10区间的起点处电流Id平均分配给T5和T3，随后T5的电流线性增大，T3的电流线性减小，在t10区间的终点处电流Id全部流入T5；M4＝1，T4保持导通；M6＝0，T6保持关断；M2＝0，T2保持关断；
在t11时间区间内，M2＝0，T2保持关断；M6＝1，T6控制导通但其电流由T4的通断决定；将T4开关的调制信号记为M4，为一直线，在t11区间的起点为M4＝1，在t11时间区间的终点为M4＝0.5；即在t11区间的起点处电流Id全部流入T4，随后T4的电流线性减小，T6的电流线性增大，在t11区间的终点处Id平均分配给T4和T6；M1＝0，T1保持关断；M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5保持导通；
在t12时间区间内，M2＝0，T2保持关断；M4＝1，T4控制导通但其电流由T6的通断决定；将T6开关的调制信号记为M6，为一直线，在t12区间的起点为M6＝0.5，在t12时间区间的终点为M6＝1；即在t12区间的起点处电流Id平均分配给T6和T4，随后T6的电流线性增大，T4的电流线性减小，在t12区间的终点处电流Id全部流入T6；M1＝0，T1保持关断；M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5保持导通。
M1～M6这6个调制信号各有连续6个时间区间为>0，每个调制信号在其>0的连续6个时间区间内的第1、3，4、6这四个30°区间均为1；在第2个30°区间调制信号由0.5线性上升到1，分别对应该控制信号的导通占空比由50％线性上升到100％；在第5个30°区间调制信号由1线性下降到到0.5，分别对应该控制信号的导通占空比由100％线性下降到50％；
M1、M3和M5分别在UA、UB和UC的负半周为0，分别对应T1、T3和T5关断；M4、M6和M2分别在UA、UB和UC的正半周为0，分别对应T4、T6和T2关断；M1、M3和M5分别在UA、UB和UC正半周的6个30°区间为>0，其中第1、3、4、6这四个30°区间为1，分别对应T1、T3和T5导通；第2个30°区间由0.5线性上升到1，分别对应T1、T3和T5的导通占空比由50％线性上升到100％；第5个30°区间由1线性下降到到0.5，分别对应T1、T3和T5的导通占空比由100％线性上升到50％；M4、M6和M2分别在UA、UB和UC负半周的6个30°区间为>0，其中第1、3、4、6这四个30°区间为1，分别对应T4、T6和T2导通；第2个30°区间由0.5线性上升到1，分别对应T4、T6和T2的导通占空比由50％线性上升到100％；第5个30°区间由1线性下降到到0.5，分别对应T4、T6和T2的导通占空比由100％下降上升到50％。
如图3所示，6个调制信号M1～M6均由开环形成且固定不变，在Id连续时，整流输出直流电压UPQ和Ud只与网侧输入电压UA、UB和UC有关，与负载电阻和负载电流均无关。
步骤4、待步骤3完成后，使6个调制信号M1～M6分别与步骤2中的三角载波信号Ut相比较，生成对应T1～T6的6个控制信号：当调制信号Mi大于三角载波信号时，对应的第i个控制信号为1，对应的Ti导通；反之，第i个控制信号为0，对应的Ti关断，i＝1～6。
每个PWM开关周期内都对1个且仅对1个开关进行开关控制，其余5个开关处于控制导通或者常断状态，对应于一个工频周期的t1，t2，……，t12这十二个时间区间，分别对应且只对应T5、T1、T6、T2、T1、T3、T2、T4、T3、T5、T4或T6一个开关处于PWM控制状态，其它的开关、常通、常断或者控制导通；经步骤1到步骤4处理后，T1～T6这6个开关按照如下规律工作：
在t1时间区间，T5PWM控制，T1控制导通，T3常断，P点电位受T5控制在UA和UC之间调制；在t2时间区间，T1PWM控制，T5控制导通，T3常断，P点电位受T1控制在UA和UC之间调制；在t1和t2时间区间，T6常通，T2和T4常断，Q点电位为UB；
在t1时间区间，T5导通时，IC＝Id，IA＝0，T5关断时，IC＝0，IA＝Id；即Id在T5和T1之间切换，受T5控制；在t2时间区间，T1导通时，IA＝Id，IC＝0，T1关断时，IA＝0，IC＝Id；即Id在T5和T1之间切换，受T1控制；在t1和t2时间区间，T6常通，T2和T4常断，IB＝-Id；
如图2所示，在t3时间区间，T6PWM控制，T2控制导通，T4常断，Q点电位受T6控制在UB和UC之间调制；在t4时间区间，T2PWM控制，T6控制导通，T4常断，Q点电位受T2控制在UB和UC之间调制；在t3和t4时间区间，T1常通，T3和T5常断，P点电位为UA；
在t3时间区间，T6导通时，IB＝-Id，IC＝0，T6关断时，IB＝0，IC＝-Id；即Id在T6和T2之间切换，受T6控制；在t4时间区间，T2导通时，IC＝-Id，IB＝0，T2关断时，IC＝0，IB＝-Id；即Id在T6和T2之间切换，受T2控制；在t3和t4时间区间，T1常通，T3和T5常断，IA＝Id；
如图2所示，在t5时间区间，T1PWM控制，T3控制导通，T5常断，P点电位受T1控制在UB和UA之间调制；在t6时间区间，T3PWM控制，T1控制导通，T5常断，P点电位受T3控制在UB和UA之间调制；在t5和t6时间区间，T2控制导通，T6和T4常断，Q点电位为UC；
在t5时间区间，T1导通时，IA＝Id，IB＝0，T1关断时，IA＝0，IB＝Id；即Id在T1和T3之间切换，受T1控制；在t6时间区间，T3导通时，IA＝0，IB＝Id，T3关断时，IA＝Id，IB＝0；即Id在T1和T3之间切换，受T3控制；在t5和t6时间区间，T2常通，T6和T4常断，IC＝-Id；
如图2所示，在t7时间区间，T2PWM控制，T4控制导通，T6常断，Q点电位受T2控制在UC和UA之间调制；在t8时间区间，T4PWM控制，T2控制导通，T6常断，Q点电位受T4控制在UC和UA之间调制；在t7和t8时间区间，T3常通，T5和T1常断，P点电位为UB；
在t7时间区间，T2导通时，IC＝-Id，IA＝0，T2关断时，IC＝0，IA＝-Id；即Id在T4和T2之间切换，受T2控制；在t8时间区间，T4导通时，IA＝-Id，IC＝0，T4关断时，IA＝0，IC＝-Id；即Id在T4和T2之间切换，受T4控制；在t7和t8时间区间，T3常通，T5和T1常断，IB＝Id；
如图2所示，在t9时间区间，T3PWM控制，T5控制导通，T1常断，P点电位受T3控制在UC和UB之间调制；在t10时间区间，T5PWM控制，T3控制导通，T1常断，P点电位受T5控制在UC和UB之间调制；在t9和t10时间区间，T4常通，T2和T6常断，Q点电位为UA；
在t9时间区间，T3导通时，IB＝Id，IC＝0，T3关断时，IB＝0，IC＝Id；即Id在T5和T3之间切换，受T3控制；在t10时间区间，T5导通时，IB＝0，IC＝Id，T5关断时，IB＝Id，IC＝0；即Id在T5和T3之间切换，受T5控制；在t9和t10时间区间，T4常通，T2和T6常断，IA＝-Id；
在t11时间区间，T4PWM控制，T6控制导通，T2常断，Q点电位受T4控制在UA和UB之间调制；在t12时间区间，T6PWM控制，T4控制导通，T2常断，Q点电位受T6控制在UA和UB之间调制；在t11和t12时间区间，T5常通，T3和T1常断，P点电位为UC；
在t11时间区间，T4导通时，IA＝-Id，IB＝0，T4关断时，IA＝0，IB＝-Id；即Id在T4和T6之间切换，受T4控制；在t12时间区间，T6导通时，IB＝-Id，IA＝0，T6关断时，IB＝0，IA＝-Id；即Id在T4和T6之间切换，受T6控制；在t11和t12时间区间，T5常通，T3和T1常断，IC＝Id。
在步骤3和步骤4中：
在12个时间区间中的任意一个30°时间区间内：UA、UB和UC都不改变符号，其中有两个同号，一个异号；若异号电压为正，则UA、UB和UC分别对应T1、T3或T5常通；若异号电压为负，则UA、UB和UC分别对应T4、T6或T2常通；两个同号电压中，无论正负总是幅值大者对应的开关处于PWM控制状态，幅值小者对应的开关处于控制导通状态；幅值大者导通时幅值小者对应的处于控制导通状态的开关自然进入反向阻断状态，幅值大者关断时幅值小者对应的处于控制导通状态的开关自然进入正向导通状态，不用考虑叠流时间。
在步骤1～步骤4中的控制策略均是开环控制，无需构成闭环系统。
A、B和C三点处的电流分别经CA、CB和CC滤除载波频率及其谐波频率的电流分量，得到的网侧电流分别为IA、IB和IC，如图4所示，IA、IB和IC不是标准的正弦波形，但其电流总谐波畸变只有THD＝4.64<5％，且主要是5次谐波，对应功率因数为λ＝0.999。
PWM整流器的输出直流电压如图5所示，在Id连续时，UPQ在1.5Um～1.73Um之间以300Hz小幅脉动，Ud＝1.57Um，Um为网侧相电压峰值。
本发明降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法，较为简单且能有效提高PWM整流器的变换效率。

Claims (5)

1.降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法，其特征在于，采用开环PWM控制方法，且不用考虑PWM信号的叠流时间；每个PWM开关周期内都对1个且仅对1个开关进行开关控制，其余5个开关分别处于常通、控制导通或者常断状态；
具体按照以下步骤实施：
步骤1、对三相网侧电压UA、UB和UC进行相位锁定，通过锁相得到与网侧电压相同步的t1～t12时间区间同步节拍，t1区间位于UA正半周过零后的开始30°电角度期间，t2～t12依次排列各占30°电角度；
步骤2、经步骤1后，构造三角载波信号Ut，三角载波信号Ut的谷点值为0，峰点值为1，三角载波Ut的频率fc>>50Hz；
步骤3、经步骤2后，构造M1～M6这6个调制信号；
步骤4、待步骤3完成后，使6个调制信号M1～M6分别与步骤2中的三角载波信号Ut相比较，生成对应T1～T6的6个控制信号：
当调制信号Mi大于三角载波信号时，对应的第i个控制信号为1，对应的Ti导通；
反之，第i个控制信号为0，对应的Ti关断，i＝1～6。
2.根据权利要求1所述的降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法，其特征在于，在所述步骤3中：
T1～T6的调制信号分别对应记为M1～M6，M1～M6这6个调制信号是开环生成的，仅须与网侧电压保持同步关系；
在t1时间区间内，M3＝0，T3保持关断；M1＝1，T1控制导通但其电流由T5的通断决定；将T5开关的调制信号记为M5，为一直线，在t1区间的起点为M5＝1，在t1时间区间的终点为M5＝0.5；即在t1区间的起点处电流Id全部流入T5，随后T5的电流线性减小，T1的电流线性增大，在t1区间的终点处Id平均分配给T5和T1；M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6保持导通；M2＝0，T2保持关断；
在t2时间区间内，M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5控制导通但其电流由T1的通断决定；将T1开关的调制信号记为M1，为一直线，在t2区间的起点为M1＝0.5，在t2时间区间的终点为M1＝1；即在t2区间的起点处电流Id平均分配给T1和T5，随后T1的电流线性增大，T5的电流线性减小，在t2区间的终点处电流Id全部流入T1；M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6保持导通；M2＝0，T2保持关断；
在t3时间区间内，M4＝0，T4保持关断；M2＝1，T2控制导通但其电流由T6的通断决定；将T6开关的调制信号记为M6，为一直线，在t3区间的起点为M6＝1，在t3时间区间的终点为M6＝0.5；即在t3区间的起点处电流Id全部流入T6，随后T6的电流线性减小，T2的电流线性增大，在t3区间的终点处Id平均分配给T6和T2；M1＝1，T1保持导通；M3＝0，T3保持关断；M5＝0，T5保持关断；
在t4时间区间内，M4＝0，T4保持关断；M6＝1，T6控制导通但其电流由T2的通断决定；将T2开关的调制信号记为M2，为一直线，在t4区间的起点为M2＝0.5，在t4时间区间的终点为M2＝1；即在t4区间的起点处电流Id平均分配给T2和T6，随后T2的电流线性增大，T6的电流线性减小，在t4区间的终点处电流Id全部流入T2；M1＝1，T1保持导通；M3＝0，T3保持关断；M5＝0，T5保持关断；
在t5时间区间内，M5＝0，T5保持关断；M3＝1，T3控制导通但其电流由T1的通断决定；将T1开关的调制信号记为M1，为一直线，在t5区间的起点为M1＝1，在t5时间区间的终点为M1＝0.5；即在t5区间的起点处电流Id全部流入T1，随后T1的电流线性减小，T3的电流线性增大，在t5区间的终点处Id平均分配给T1和T3；M4＝0，T4保持关断；M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2保持导通；
在t6时间区间内，M5＝0，T5保持关断；M1＝1，T1控制导通但其电流由T3的通断决定；将T3开关的调制信号记为M3，为一直线，在t6区间的起点为M3＝0.5，在t6时间区间的终点为M3＝1；即在t6区间的起点处电流Id平均分配给T3和T1，随后T3的电流线性增大，T1的电流线性减小，在t6区间的终点处电流Id全部流入T3；M4＝0，T4保持关断；M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2保持导通；
在t7时间区间内，M6＝0，T6保持关断；M4＝1，T4控制导通但其电流由T2的通断决定；将T2开关的调制信号记为M2，为一直线，在t7区间的起点为M2＝1，在t7时间区间的终点为M2＝0.5；即在t7区间的起点处电流Id全部流入T2，随后T2的电流线性减小，T4的电流线性增大，在t7区间的终点处Id平均分配给T2和T4；M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3保持导通；M5＝0，T5保持关断；
在t8时间区间内，M6＝0，T6保持关断；M2＝1，T2控制导通但其电流由T4的通断决定；将T4开关的调制信号记为M4，为一直线，在t8区间的起点为M4＝0.5，在t8时间区间的终点为M4＝1；即在t8区间的起点处电流Id平均分配给T4和T2，随后T4的电流线性增大，T2的电流线性减小，在t8区间的终点处电流Id全部流入T4；M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3保持导通；M5＝0，T5保持关断；
在t9时间区间内，M1＝0，T1保持关断；M5＝1，T5控制导通但其电流由T3的通断决定；将T3开关的调制信号记为M3，为一直线，在t9区间的起点为M3＝1，在t9时间区间的终点为M3＝0.5；即在t9区间的起点处电流Id全部流入T3，随后T3的电流线性减小，T5的电流线性增大，在t9区间的终点处Id平均分配给T3和T5；M4＝1，T4保持导通；M6＝0，T6保持关断；M2＝0，T2保持关断；
在t10时间区间内，M1＝0，T1保持关断；M3＝1，T3控制导通但其电流由T5的通断决定；将T5开关的调制信号记为M5，为一直线，在t10区间的起点为M5＝0.5，在t10时间区间的终点为M5＝1；即在t10区间的起点处电流Id平均分配给T5和T3，随后T5的电流线性增大，T3的电流线性减小，在t10区间的终点处电流Id全部流入T5；M4＝1，T4保持导通；M6＝0，T6保持关断；M2＝0，T2保持关断；
在t11时间区间内，M2＝0，T2保持关断；M6＝1，T6控制导通但其电流由T4的通断决定；将T4开关的调制信号记为M4，为一直线，在t11区间的起点为M4＝1，在t11时间区间的终点为M4＝0.5；即在t11区间的起点处电流Id全部流入T4，随后T4的电流线性减小，T6的电流线性增大，在t11区间的终点处Id平均分配给T4和T6；M1＝0，T1保持关断；M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5保持导通；
在t12时间区间内，M2＝0，T2保持关断；M4＝1，T4控制导通但其电流由T6的通断决定；将T6开关的调制信号记为M6，为一直线，在t12区间的起点为M6＝0.5，在t12时间区间的终点为M6＝1；即在t12区间的起点处电流Id平均分配给T6和T4，随后T6的电流线性增大，T4的电流线性减小，在t12区间的终点处电流Id全部流入T6；M1＝0，T1保持关断；M3＝0，T3保持关断；M5＝1，T5保持导通；
M1～M6这6个调制信号各有连续6个时间区间为>0，每个调制信号在其>0的连续6个时间区间内的第1、3、4、6这四个30°区间均为1；在第2个30°区间调制信号由0.5线性上升到1，分别对应该控制信号的导通占空比由50％线性上升到100％；在第5个30°区间调制信号由1线性下降到到0.5，分别对应该控制信号的导通占空比由100％线性下降到50％；
M1、M3和M5分别在UA、UB和UC的负半周为0，分别对应T1、T3和T5关断；M4、M6和M2分别在UA、UB和UC的正半周为0，分别对应T4、T6和T2关断；M1、M3和M5分别在UA、UB和UC正半周的6个30°区间为>0，其中第1、3、4、6这四个30°区间为1，分别对应T1、T3和T5导通；第2个30°区间由0.5线性上升到1，分别对应T1、T3和T5的导通占空比由50％线性上升到100％；第5个30°区间由1线性下降到到0.5，分别对应T1、T3和T5的导通占空比由100％线性上升到50％；M4、M6和M2分别在UA、UB和UC负半周的6个30°区间为>0，其中第1、3、4、6这四个30°区间为1，分别对应T4、T6和T2导通；第2个30°区间由0.5线性上升到1，分别对应T4、T6和T2的导通占空比由50％线性上升到100％；第5个30°区间由1线性下降到到0.5，分别对应T4、T6和T2的导通占空比由100％下降上升到50％。
3.根据权利要求2所述的降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法，其特征在于，在所述步骤3中：
在12个时间区间中的任意一个30°时间区间内：UA、UB和UC都不改变符号，其中有两个同号，一个异号；若异号电压为正，则UA、UB和UC分别对应T1、T3或T5常通；若异号电压为负，则UA、UB和UC分别对应T4、T6或T2常通；两个同号电压中，无论正负总是幅值大者对应的开关处于PWM控制状态，幅值小者对应的开关处于控制导通状态；幅值大者导通时幅值小者对应的处于控制导通状态的开关自然进入反向阻断状态，幅值大者关断时幅值小者对应的处于控制导通状态的开关自然进入正向导通状态，不用考虑叠流时间。
4.根据权利要求1所述的降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法，其特征在于，在所述步骤4中：
每个PWM开关周期内都对1个且仅对1个开关进行开关控制，其余5个开关处于控制导通或者常断状态，对应于一个工频周期的t1，t2，……，t12这十二个时间区间，分别对应且只对应T5、T1、T6、T2、T1、T3、T2、T4、T3、T5、T4或T6一个开关处于PWM控制状态，其它的开关、常通、常断或者控制导通，T1～T6这6个开关按照如下规律工作：
在t1时间区间，T5PWM控制，T1控制导通，T3常断，P点电位受T5控制在UA和UC之间调制；在t2时间区间，T1PWM控制，T5控制导通，T3常断，P点电位受T1控制在UA和UC之间调制；在t1和t2时间区间，T6常通，T2和T4常断，Q点电位为UB；
在t1时间区间，T5导通时，IC＝Id，IA＝0，T5关断时，IC＝0，IA＝Id；即Id在T5和T1之间切换，受T5控制；在t2时间区间，T1导通时，IA＝Id，IC＝0，T1关断时，IA＝0，IC＝Id；即Id在T5和T1之间切换，受T1控制；在t1和t2时间区间，T6常通，T2和T4常断，IB＝-Id；
在t3时间区间，T6PWM控制，T2控制导通，T4常断，Q点电位受T6控制在UB和UC之间调制；在t4时间区间，T2PWM控制，T6控制导通，T4常断，Q点电位受T2控制在UB和UC之间调制；在t3和t4时间区间，T1常通，T3和T5常断，P点电位为UA；
在t3时间区间，T6导通时，IB＝-Id，IC＝0，T6关断时，IB＝0，IC＝-Id；即Id在T6和T2之间切换，受T6控制；在t4时间区间，T2导通时，IC＝-Id，IB＝0，T2关断时，IC＝0，IB＝-Id；即Id在T6和T2之间切换，受T2控制；在t3和t4时间区间，T1常通，T3和T5常断，IA＝Id；
在t5时间区间，T1PWM控制，T3控制导通，T5常断，P点电位受T1控制在UB和UA之间调制；在t6时间区间，T3PWM控制，T1控制导通，T5常断，P点电位受T3控制在UB和UA之间调制；在t5和t6时间区间，T2控制导通，T6和T4常断，Q点电位为UC；
在t5时间区间，T1导通时，IA＝Id，IB＝0，T1关断时，IA＝0，IB＝Id；即Id在T1和T3之间切换，受T1控制；在t6时间区间，T3导通时，IA＝0，IB＝Id，T3关断时，IA＝Id，IB＝0；即Id在T1和T3之间切换，受T3控制；在t5和t6时间区间，T2常通，T6和T4常断，IC＝-Id；
在t7时间区间，T2PWM控制，T4控制导通，T6常断，Q点电位受T2控制在UC和UA之间调制；在t8时间区间，T4PWM控制，T2控制导通，T6常断，Q点电位受T4控制在UC和UA之间调制；在t7和t8时间区间，T3常通，T5和T1常断，P点电位为UB；
在t7时间区间，T2导通时，IC＝-Id，IA＝0，T2关断时，IC＝0，IA＝-Id；即Id在T4和T2之间切换，受T2控制；在t8时间区间，T4导通时，IA＝-Id，IC＝0，T4关断时，IA＝0，IC＝-Id；即Id在T4和T2之间切换，受T4控制；在t7和t8时间区间，T3常通，T5和T1常断，IB＝Id；
在t9时间区间，T3PWM控制，T5控制导通，T1常断，P点电位受T3控制在UC和UB之间调制；在t10时间区间，T5PWM控制，T3控制导通，T1常断，P点电位受T5控制在UC和UB之间调制；在t9和t10时间区间，T4常通，T2和T6常断，Q点电位为UA；
在t9时间区间，T3导通时，IB＝Id，IC＝0，T3关断时，IB＝0，IC＝Id；即Id在T5和T3之间切换，受T3控制；在t10时间区间，T5导通时，IB＝0，IC＝Id，T5关断时，IB＝Id，IC＝0；即Id在T5和T3之间切换，受T5控制；在t9和t10时间区间，T4常通，T2和T6常断，IA＝-Id；
在t11时间区间，T4PWM控制，T6控制导通，T2常断，Q点电位受T4控制在UA和UB之间调制；在t12时间区间，T6PWM控制，T4控制导通，T2常断，Q点电位受T6控制在UA和UB之间调制；在t11和t12时间区间，T5常通，T3和T1常断，P点电位为UC；
在t11时间区间，T4导通时，IA＝-Id，IB＝0，T4关断时，IA＝0，IB＝-Id；即Id在T4和T6之间切换，受T4控制；在t12时间区间，T6导通时，IB＝-Id，IA＝0，T6关断时，IB＝0，IA＝-Id；即Id在T4和T6之间切换，受T6控制；在t11和t12时间区间，T5常通，T3和T1常断，IC＝Id。
5.根据权利要求4所述的降低平均开关速率的三相电流型PWM整流器控制方法，其特征在于，在所述步骤4中：
所述12个时间区间中的任意一个30°时间区间内：UA、UB和UC都不改变符号，其中有两个同号，一个异号；
若异号电压为正，则UA、UB和UC分别对应T1、T3或T5常通；若异号电压为负，则UA、UB和UC分别对应T4、T6或T2常通；
两个同号电压中，无论正负总是幅值大者对应的开关处于PWM控制状态，幅值小者对应的开关处于控制导通状态；幅值大者导通时幅值小者对应的处于控制导通状态的开关自然进入反向阻断状态，幅值大者关断时幅值小者对应的处于控制导通状态的开关自然进入正向导通状态，不用考虑叠流时间。
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