CN108923677A - 一种整流模块和均流三电平电源控制方法 - Google Patents

一种整流模块和均流三电平电源控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种整流模块和均流三电平电源控制方法,其具体步骤为:步骤一,将十二个可关断元件及六个晶闸管组成的中点箝位型三电平逆变器进行串联,晶闸管中点连接到串联滤波电容的中间点;步骤二,基于对三电平逆变器开关顺序设计的全部要求为:从一种开关状态切换到另一种开关状态的过程中,仅影响同一桥臂上的两个开关器件,一个导通,一个关断;步骤三,在原有六脉冲整流的基础上,在输入端、增加移相变压器后在增加一组六脉冲整流器,使直流母线电流由12个可控硅整流完成,构成十二相整流电路。本发明使得输出纹波得到大大降低,降低了电池充电时的纹波影响,可有效延长电池的寿命。

Description

一种整流模块和均流三电平电源控制方法
技术领域
本发明涉及电源技术领域,特别涉及一种整流模块和均流三电平电源控制方法。
背景技术
传统的整流模块和三电平技术在组合对电池充电使用时,多采用六脉冲整流器进行整流,但是由于六脉冲整流器其谐波含量大,组合使用时其输出电路中输出波纹大,影响电池的使用寿命。
因此,发明一种整流模块和均流三电平电源控制方法来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种整流模块和均流三电平电源控制方法,通过采用十二脉充整流充电技术,使得输出纹波得到大大降低,同时配合400Hz中频升压整流可有效提高电源工作效率,进一步减少输出波纹以解决上传统电路中输出波纹过大影响电池使用寿命的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种整流模块和均流三电平电源控制方法,其具体步骤为:
步骤一,将十二个可关断元件及六个晶闸管组成的中点箝位型三电平逆变器进行串联,晶闸管中点连接到串联滤波电容的中间点;
步骤二,基于对三电平逆变器开关顺序设计的全部要求为:从一种开关状态切换到另一种开关状态的过程中,仅影响同一桥臂上的两个开关器件,一个导通,一个关断;
步骤三,在原有六脉冲整流的基础上,在输入端、增加移相变压器后在增加一组六脉冲整流器,使直流母线电流由12个可控硅整流完成,构成十二相整流电路;
步骤四,将整流模块与三电平模块串联于工作电路中,工作电路由整流桥、滤波电路和IGBT逆变电路组合构成,当三相交流电流经整流桥和滤波电路经过得到增压的直流电流,然后送至IGBBT电路中;
步骤五,在整流模块工作时,工作电路中的电子元件进行周期性采样,同时每个采样周期中,逆变器一个桥臂只有两个开关器件开通或关断;
步骤六,直流电压经IGBT逆变电路,产生基波为400Hz中频交流电压,400Hz中频升压整流可有效提高电源工作效率,减少电源的体积和重量,减少输出波纹,然后送到中频变压器,经中频变压器升压、整流得到直流电压负载ESP供电;
步骤七,通过调节开关周期Ts中,插入基本电压矢量作用时间的大小来调节400Hz正弦波的幅值,进而调节输出电压。
优选的,所述步骤四中,载波fs为4.8kHz、7.2kHz或9.6kHz,调制波fr为400Hz三相三电平PWM脉冲。
优选的,所述步骤七中,变流、调压控制原理为空间矢量PWM。
优选的,所述步骤一至七中,采用AC→DC→AC→DC的变流工作方式。
优选的,所述整流桥采用普通硅堆,所述中频变压器铁芯材料为0.21-0.27mm的硅钢,采用△/γ三相绕组及三相整流,使得变压器的得到减少,从而降低了使用成本。
优选的,所述步骤一至七中,采用稳压/恒流控制算法,具体为PI控制方法,实现无静差/恒流控制。
优选的,变流控制采用三电平SVPWM逆变技术,可减小电压谐波,开关损耗,提高直流利用率。
本发明的技术效果和优点:
1、通过采用十二脉充整流充电技术、效率高,使得输出纹波得到大大降低,降低了电池充电时的纹波影响,可有效延长电池的寿命;
2、400Hz中频升压整流可有效提高电源工作效率,减少输出波纹,减少电源的体积和重量,产品转换效率和FPC功率因数高;
3、变流控制采用三电平SVPWM逆变技术,可减小电压谐波,开关损耗,提高直流利用率;
4、输出电平数多,输出中频电压谐波小,输出中频不需要滤波器,IGBT承受电压低、损耗很小,变压器噪声小。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种整流模块和均流三电平电源控制方法,其具体步骤为:
步骤一,将十二个可关断元件及六个晶闸管组成的中点箝位型三电平逆变器进行串联,晶闸管中点连接到串联滤波电容的中间点;
步骤二,基于对三电平逆变器开关顺序设计的全部要求为:从一种开关状态切换到另一种开关状态的过程中,仅影响同一桥臂上的两个开关器件,一个导通,一个关断;
步骤三,在原有六脉冲整流的基础上,在输入端、增加移相变压器后在增加一组六脉冲整流器,使直流母线电流由12个可控硅整流完成,构成十二相整流电路;
步骤四,将整流模块与三电平模块串联于工作电路中,工作电路由整流桥、滤波电路和IGBT逆变电路组合构成,当三相交流电流经整流桥和滤波电路经过得到增压的直流电流,然后送至IGBBT电路中,且载波fs为9.6kHz,调制波fr为400Hz三相三电平PWM脉冲;
步骤五,在整流模块工作时,工作电路中的电子元件进行周期性采样,同时每个采样周期中,逆变器一个桥臂只有两个开关器件开通或关断;
步骤六,直流电压经IGBT逆变电路,产生基波为400Hz中频交流电压,400Hz中频升压整流可有效提高电源工作效率,减少电源的体积和重量,减少输出波纹,然后送到中频变压器,经中频变压器升压、整流得到直流电压负载ESP供电;
步骤七,通过调节开关周期Ts中,变流、调压控制原理为空间矢量PWM,然后插入基本电压矢量作用时间的大小来调节400Hz正弦波的幅值,进而调节输出电压。
所述步骤一至七中,采用AC→DC→AC→DC的变流工作方式,所述步骤一至七中,采用稳压/恒流控制算法,具体为PI控制方法,实现无静差/恒流控制,变流控制采用三电平SVPWM逆变技术,可减小电压谐波,开关损耗,提高直流利用率,所述整流桥采用普通硅堆,所述中频变压器铁芯材料为0.21-0.27mm的硅钢,采用△/γ三相绕组及三相整流,使得变压器的得到减少,从而降低了使用成本,变流控制采用三电平SVPWM逆变技术,可减小电压谐波,开关损耗,提高直流利用率。
实施例2
本发明还提供一种整流模块和均流三电平电源控制方法,其具体步骤为:
步骤一,将十二个可关断元件及六个晶闸管组成的中点箝位型三电平逆变器进行串联,晶闸管中点连接到串联滤波电容的中间点;
步骤二,基于对三电平逆变器开关顺序设计的全部要求为:从一种开关状态切换到另一种开关状态的过程中,仅影响同一桥臂上的两个开关器件,一个导通,一个关断;
步骤三,在原有六脉冲整流的基础上,在输入端、增加移相变压器后在增加一组六脉冲整流器,使直流母线电流由12个可控硅整流完成,构成十二相整流电路;
步骤四,将整流模块与三电平模块串联于工作电路中,工作电路由整流桥、滤波电路和IGBT逆变电路组合构成,当三相交流电流经整流桥和滤波电路经过得到增压的直流电流,然后送至IGBBT电路中,且载波fs为7.2kHz,调制波fr为400Hz三相三电平PWM脉冲;
步骤五,在整流模块工作时,工作电路中的电子元件进行周期性采样,同时每个采样周期中,逆变器一个桥臂只有两个开关器件开通或关断;
步骤六,直流电压经IGBT逆变电路,产生基波为400Hz中频交流电压,400Hz中频升压整流可有效提高电源工作效率,减少电源的体积和重量,减少输出波纹,然后送到中频变压器,经中频变压器升压、整流得到直流电压负载ESP供电;
步骤七,通过调节开关周期Ts中,变流、调压控制原理为空间矢量PWM,然后插入基本电压矢量作用时间的大小来调节400Hz正弦波的幅值,进而调节输出电压。
所述步骤一至七中,采用AC→DC→AC→DC的变流工作方式,所述步骤一至七中,采用稳压/恒流控制算法,具体为PI控制方法,实现无静差/恒流控制,变流控制采用三电平SVPWM逆变技术,可减小电压谐波,开关损耗,提高直流利用率,所述整流桥采用普通硅堆,所述中频变压器铁芯材料为0.21-0.27mm的硅钢,采用△/γ三相绕组及三相整流,使得变压器的得到减少,从而降低了使用成本,变流控制采用三电平SVPWM逆变技术,可减小电压谐波,开关损耗,提高直流利用率。
实施例3
本发明还提供一种整流模块和均流三电平电源控制方法,其具体步骤为:
步骤一,将十二个可关断元件及六个晶闸管组成的中点箝位型三电平逆变器进行串联,晶闸管中点连接到串联滤波电容的中间点;
步骤二,基于对三电平逆变器开关顺序设计的全部要求为:从一种开关状态切换到另一种开关状态的过程中,仅影响同一桥臂上的两个开关器件,一个导通,一个关断;
步骤三,在原有六脉冲整流的基础上,在输入端、增加移相变压器后在增加一组六脉冲整流器,使直流母线电流由12个可控硅整流完成,构成十二相整流电路;
步骤四,将整流模块与三电平模块串联于工作电路中,工作电路由整流桥、滤波电路和IGBT逆变电路组合构成,当三相交流电流经整流桥和滤波电路经过得到增压的直流电流,然后送至IGBBT电路中,且载波fs为4.8kHz,调制波fr为400Hz三相三电平PWM脉冲;
步骤五,在整流模块工作时,工作电路中的电子元件进行周期性采样,同时每个采样周期中,逆变器一个桥臂只有两个开关器件开通或关断;
步骤六,直流电压经IGBT逆变电路,产生基波为400Hz中频交流电压,400Hz中频升压整流可有效提高电源工作效率,减少电源的体积和重量,减少输出波纹,然后送到中频变压器,经中频变压器升压、整流得到直流电压负载ESP供电;
步骤七,通过调节开关周期Ts中,变流、调压控制原理为空间矢量PWM,然后插入基本电压矢量作用时间的大小来调节400Hz正弦波的幅值,进而调节输出电压。
所述步骤一至七中,采用AC→DC→AC→DC的变流工作方式,所述步骤一至七中,采用稳压/恒流控制算法,具体为PI控制方法,实现无静差/恒流控制,变流控制采用三电平SVPWM逆变技术,可减小电压谐波,开关损耗,提高直流利用率,所述整流桥采用普通硅堆,所述中频变压器铁芯材料为0.21-0.27mm的硅钢,采用△/γ三相绕组及三相整流,使得变压器的得到减少,从而降低了使用成本,变流控制采用三电平SVPWM逆变技术,可减小电压谐波,开关损耗,提高直流利用率。
本发明工作原理:工作时,将整流模块与三电平模块串联于工作电路中,当三相交流电流经整流桥和滤波电路经过得到增压的直流电流,然后送至IGBBT电路中,直流电压经IGBT逆变电路,产生基波为400Hz中频交流电压,然后送到中频变压器,经中频变压器升压、整流得到直流电压负载ESP供电,通过调节开关周期Ts中,变流、调压控制原理为空间矢量PWM,然后插入基本电压矢量作用时间的大小来调节400Hz正弦波的幅值,进而调节输出电压,通过采用十二脉充整流充电技术、效率高,使得输出纹波得到大大降低,降低了电池充电时的纹波影响,可有效延长电池的寿命。
表1:理论计算谐波
谐波次数 5th 7th 11th 13th 17th
六脉冲谐波含量 20% 14% 9% 8% 6%
十二脉冲谐波含量 0% 0% 0% 0% 0%
表2:性能对比表
项目 六脉冲 十二脉冲
输入电流谐波含量 <10% <4.5%
能耗 较大 较小
UPS输入 增加 不增加
整流器输出纹波电压 较大 降低50%
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种整流模块和均流三电平电源控制方法,其具体步骤为:
步骤一,将十二个可关断元件及六个晶闸管组成的中点箝位型三电平逆变器进行串联,晶闸管中点连接到串联滤波电容的中间点;
步骤二,基于对三电平逆变器开关顺序设计的全部要求为:从一种开关状态切换到另一种开关状态的过程中,仅影响同一桥臂上的两个开关器件,一个导通,一个关断;
步骤三,在原有六脉冲整流的基础上,在输入端、增加移相变压器后在增加一组六脉冲整流器,使直流母线电流由12个可控硅整流完成,构成十二相整流电路;
步骤四,将整流模块与三电平模块串联于工作电路中,工作电路由整流桥、滤波电路和IGBT逆变电路组合构成,当三相交流电流经整流桥和滤波电路经过得到增压的直流电流,然后送至IGBBT电路中;
步骤五,在整流模块工作时,工作电路中的电子元件进行周期性采样,同时每个采样周期中,逆变器一个桥臂只有两个开关器件开通或关断;
步骤六,直流电压经IGBT逆变电路,产生基波为400Hz中频交流电压,400Hz中频升压整流可有效提高电源工作效率,减少电源的体积和重量,减少输出波纹,然后送到中频变压器,经中频变压器升压、整流得到直流电压负载ESP供电;
步骤七,通过调节开关周期Ts中,插入基本电压矢量作用时间的大小来调节400Hz正弦波的幅值,进而调节输出电压。
2.根据权利要求1所述的一种整流模块和均流三电平电源控制方法,其特征在于:所述步骤四中,载波fs为4.8kHz、7.2kHz或9.6kHz,调制波fr为400Hz三相三电平PWM脉冲。
3.根据权利要求1所述的一种整流模块和均流三电平电源控制方法,其特征在于:所述步骤七中,变流、调压控制原理为空间矢量PWM。
4.根据权利要求1所述的一种整流模块和均流三电平电源控制方法,其特征在于:所述步骤一至七中,采用AC→DC→AC→DC的变流工作方式。
5.根据权利要求1所述的一种整流模块和均流三电平电源控制方法,其特征在于:所述整流桥采用普通硅堆,所述中频变压器铁芯材料为0.21-0.27mm的硅钢,采用△/γ三相绕组及三相整流,使得变压器的得到减少,从而降低了使用成本。
6.根据权利要求1所述的一种整流模块和均流三电平电源控制方法,其特征在于:所述步骤一至七中,采用稳压/恒流控制算法,具体为PI控制方法,实现无静差/恒流控制。
7.根据权利要求1所述的一种整流模块和均流三电平电源控制方法,其特征在于:变流控制采用三电平SVPWM逆变技术,可减小电压谐波,开关损耗,提高直流利用率。
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