CN106787857A - 单向混合三相电压型整流器 - Google Patents

单向混合三相电压型整流器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单向混合三相电压型整流器，包括三相二极管整流桥、滤波器、六个IGBT开关管组成的整流桥、电压传感器、电流传感器、信号调理电路。采用上述的结构，利用外环采用PI控制，内环采用无源控制的混合控制方式，实现了优秀的电流跟踪能力、很强的鲁棒性、控制稳定、输出电压恒定、能够有效提高效率、功率密度、可靠性、降低交流电流谐波和提高功率因数。通过本发明，大大提高了整流器在工业使用中的工作效率，节约了大量的人力和物力资源。

Description

单向混合三相电压型整流器
技术领域
本发明涉及一种电压型整流装置，尤其涉及一种单相混合三相电压型整流器。
背景技术
整流器的主要应用是把交流电源转为直流电源。 由于所有的电子设备都需要使用直流，但电力公司的供电是交流，因此除非使用电池，否则所有电子设备的电源供应器内部都少不了整流器。二极管不可控整流器以及晶闸管的相控整流器具有输入电流畸变严重、功率因数低、易造成电磁干扰等缺陷而被日渐淘汰。PWM整流器因具有系统动态响应速度快、谐波含量低、功率因数高等优势将逐渐取代上述两种整流器。随着整流器技术的发展,三电平PWM整流器可以使耐压低、工作电流小的功率器件工作在高压大功率场合,并且能够比两电平更加显著的降低电流谐波而受到了广泛的关注。
近年来三相电压型整流器（Three Phase Voltage Source Rectifier，TPVSR）在工业中获得了广泛应用，但是如何进一步提高TPVSR的效率、功率密度、可靠性、交流电流谐波、功率因数、直流电压控制及电磁干扰等综合性能成为一大难题。
发明内容
为了克服TPVSR的效率低、功率密度低、可靠性低、交流电流谐波大、功率因数低的难题，本发明提出一种单向混合三相电压型整流器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
单向混合三相电压型整流器，由三相二极管整流桥、滤波器、六个IGBT开关管组成的整流桥、电压传感器、电流传感器、信号调理电路组成。
所述三相二极管整流桥由六个二极管组成，其输入端与三相交流电源同相接入端连接，输出端通过两个二极管与负载两端连接组成回路。
所述滤波器用滤波电感和滤波电抗器组成，串联在交流侧交流电源和IGBT开关管组成的整流桥中。
所述六个IGBT开关管组成的整流桥一侧与三相交流电路连接，分别接A、B、C相，另一端与电容、电阻连接构成负载电路。
所述电压传感器包括两个部分，其中一个电压传感器一次输入端并联在待测交流电源，电压传感器二次信号输出连接信号调理电路的同相输入端，即信号无源控制器；另一个电压传感器一次输入端连接在电阻两端，电压传感器二次信号输出连接信号调理电路的同相输入端，即信号PI调节器。
所述电流传感器一次输入端并联在待测交流电源，电压传感器二次信号输出连接信号调理电路的同相输入端，即信号无源控制器。
所述信号调流电路包括无源控制器和PI调节器，其输入是电压传感器和电流传感器，通过信号调理电路，其输出端与IGBT开关管组成的整流桥和一个单独IGBT开关管，构成信号调理电路。
采用上述的结构后，由于设置的整流桥、电压传感器、电流传感器、信号调理电路、电容、电阻，提出改进型拓扑结构，并且以基于PCHD模型的无源混合控制器对三相单管整流器以及VIENNA整流器分别进行控制，得到了良好的控制效果，即能实现网侧电流正弦化、单位功率因数、直流侧电压恒定控制，实现了系统的两部分按预设比例进行功率分配的目的。
本发明的有益效果是：具有优秀的电流跟踪能力、很强的鲁棒性、控制稳定、输出电压恒定、能够有效提高效率、功率密度、可靠性、降低交流电流谐波和提高功率因数。
附图说明
图1为本发明单相混合三相电压型整流器的基本拓扑结构图。
图2为本发明单向混合三相电压型整流器的电路拓扑结构框图。
图3为本发明单向混合三相电压型整流器的控制电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的单向混合三相电压型整流器作进一步详细说明。
如图2所示，本发明的单相混合三相电压型整流器，、 \* MERGEFORMAT 和MERGEFORMAT 为三相对称相电压； \* MERGEFORMAT 、MERGEFORMAT 和MERGEFORMAT 为网侧输入的三相电流； MERGEFORMAT MERGEFORMAT 和 MERGEFORMAT 为二极管整流器的三相输入电流； \* MERGEFORMAT 、 \* MERGEFORMAT 和MERGEFORMAT 为VIENNA整流器的三相输入电流； MERGEFORMAT 为整流器 \* MERGEFORMAT 的升压电感电流；UDC为直流电压；C1、C2为直流侧电容； \* MERGEFORMAT 为负载电阻；Ld1为整流器Z1交流侧小滤波电感；Ld2为整流器 \* MERGEFORMAT 中Boost升压单元的升压电感；R、La为滤波器电抗器的电阻和电感。 \* MERGEFORMAT (i＝a,b,c)是由1个功率开关器件和4个普通二极管组成的双向开关管。
如图2所示，本发明的控制电路由无源电路控制器、PI控制器、电压传感器、电流传感器、3/2变换装置、SVPWM发生器和PWM发生器组成；
其中，进一步需要说明的是本发明所采用的拓扑结构中，二极管整流器的三相交流侧加入小滤波电感MERGEFORMAT ，使MERGEFORMAT 和 MERGEFORMAT 波形在切换点处平滑，采用连续期望电流，改善了控制器的跟踪效果，同时抑制了UHTPVSR交流侧各相输入电流的畸变，起到提高UHTPVSR的功率因数和降低THD的作用。
控制过程如下：电源相电压220 V， \* MERGEFORMAT ＝50 Hz；三相单管整流器交流侧滤波电感Ld1＝10.5 \* MERGEFORMAT ，升压电感Ld2＝7 \* MERGEFORMAT ；VIENNA整流器电感La1＝La2＝La3＝1.3 \* MERGEFORMAT ，电容C1＝C2＝1 300 \*MERGEFORMAT ；两部分整流器的开关频率均为10 kHz，输出电压期望值MERGEFORMAT ＝800V。如图2所示，对于桥臂a，当双向开关 \* MERGEFORMAT 中的功率开关管导通（MERGEFORMAT ＝1）时，整流器输入端电压 MERGEFORMAT 被钳位于直流母线中点O，以O为参考点，则有MERGEFORMAT ＝0。当MERGEFORMAT 中的功率开关管关断（ \* MERGEFORMAT＝0）时，整流器a相电流 \* MERGEFORMAT ＞0， MERGEFORMAT ＝ \* MERGEFORMAT ；a相电流 \* MERGEFORMAT ＜0， MERGEFORMAT ＝ \* MERGEFORMAT 。因此，桥臂a有3个状态。同理得到桥臂b、c的状态。如图3所示，通过阻尼注入，使电流快速收敛到期望值，对MERGEFORMAT 形成了有效控制，但是为进一步提高系统动态性能，可以增加电压外环PI控制器，使直流侧电压MERGEFORMAT 快速收敛并稳定于期望值MERGEFORMAT ，形成以无源控制为主，PI控制为辅的无源混合控制器。电压外环主要是维持输出直流电压恒定，并用PI控制器的输出为整流器 \* MERGEFORMAT 的期望电流Ⅰ和整流器 \* MERGEFORMAT 的期望电流Ⅱ加权，作为电流内环的给定值；整流器 \* MERGEFORMAT 的电流内环采用无源控制器Ⅰ，得到开关函数，进一步通过SPWM模块驱动整流器单元；整流器 \* MERGEFORMAT电流内环采用无源控制器Ⅱ，实现dq轴的解耦控制，得到开关函数Sd、Sq，进一步通过SVPWM来驱动整流器。

Claims (5)

1.单向混合三相电压型整流器，其特征在于：包括三相二极管整流桥、滤波器、六个IGBT开关管组成的整流桥、电压传感器、电流传感器、信号调理电路。
2.如权利要求1所述的单向混合三相电压型整流器，其特征在于所述整流桥分别是由二极管构成的三相桥式电路和IGBT构成的三相桥式电路。
3.如权利要求1所述的单向混合三相电压型整流器，其特征在于所述信号调理电路由无源控制器和PI控制器组成，所述无源控制器有两个，而PI控制器有一个。
4.如权利要求3所述的单向混合三相电压型整流器，其特征在于所述两个无源控制器使用了不同的期望电流。
5.如权利要求1所述的单向混合三相电压型整流器，其特征在于所述单向是由两个二极管构成了单向整流电路。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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