CN109728584B - 一种afe主动前端pwm整流方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力设备技术领域，具体涉及一种AFE主动前端PWM整流方法，包括顺次连接在电网和负载之间的预充电回路、输入侧滤波单元、整流模块和逆变器单元，所述预充电回路和所述输入侧滤波单元之间连接有向所述输入侧滤波单元中输出纯净补偿能量的补偿滤波模块，且所述整流模块的输出端连接有输出侧滤波单元，所述输出侧滤波单元并在电网中；在整流电路的输出端设置了输出侧滤波单元，同时在预充电回路和输出侧滤波单元之间设置了补偿滤波模块，当负载侧的能量反馈导致波形变化大的话，使用预充电回路中的储存的能量对负载侧输出的能量进行补偿，进行波形的整形，因此可以有效的提高输入到电网中的电压的质量。

Description

一种AFE主动前端PWM整流方法

技术领域

本发明属于电力设备技术领域，具体涉及一种AFE主动前端PWM整流方法。

背景技术

普通的交-直-交武变频器前端通常采用固定三相桥式二极管整流的方式，将电网提供的三相交流电源转换成为直流电源，该直流电源再通过大容量的电解电容平滑滤波后供给IGBT组成的三相桥式逆变器，逆变成频率和电压同步调节的交流电压，驱动电动机在不同的频率下运转。由于普通变频器前端采用是二极管桥式整流，因此能量仅能从电网流向变频器直流母线，无法实现能量双向流动，同时由于二极管全桥整流的局限性，导致变频器的网侧功率因数不够高同时输入谐波电流较大，从而导致对电网的干扰。一般来讲变频器的功率越大，对电网所造成的影响也就越大，因此在工程实践上，通常会采用在较大功率的变频器输入端与直流母线上加装输入电抗器和直流电抗器的方法,来降低变频器的输入谐波并提高变频器的网侧功率因数。

在电梯、提升机、起重机，以及各种惯性负载的电机拖动系统中，由于电机绕组在转动时，可以向电网中逆向产生能量，当电机绕组数量大时，会造成电网电压波动且影响直流母电压的稳定，需要配置相应的多绕组变压器进行平衡，增加设备费用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种AFE主动前端PWM整流方法，具有对设备反馈的电能进行过滤和净化的特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种AFE主动前端PWM整流方法，包括顺次连接在电网和负载之间的预充电回路、输入侧滤波单元、整流模块和逆变器单元，所述预充电回路和所述输入侧滤波单元之间连接有向所述输入侧滤波单元中输出纯净补偿能量的补偿滤波模块，且所述整流模块的输出端连接有输出侧滤波单元，所述输出侧滤波单元并在电网中，所述输出侧滤波单元的输入端还连接在所述补偿滤波模块的输出端。

优选的，所述整流模块中设有输出电流检测单元、输出电压检测单元和切换单元，所述输出电流检测单元和所述输出电压检测单元对负载向电网侧输出的能量进行电压参数和电流参数的检测，所述切换单元根据检测结果进行输出端的切换。

优选的，所述整流模块的输出端连接有所述整流模块和输出侧滤波单元，所述整流模块和所述输出侧滤波单元并联在电网中。

优选的，所述预充电回路包括输入电流检测单元、输入电压检测单元和储能缓冲单元，所述输入电流检测单元和所述输入电压检测单元分别用于检测电网中输入能量的电流参数和电压参数，且所述储能缓冲单元输出端连接在所述补偿滤波模块中。

优选的，所述储能缓冲单元通过触发装置进行控制，所述触发装置与所述输出电流检测单元和所述输出电压检测单元信号连接。

优选的，所述补偿滤波模块的输出端具有分流控制单元，所述分流控制单元与所述输入电流检测单元、输入电压检测单元信号连接，所述分流控制单元与所述输出电流检测单元和输出电压检测单元信号连接。

优选的，所述输出侧滤波单元和所述输入侧滤波单元的结构相同，均采用L-C滤波器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在整流电路的输出端设置了输出侧滤波单元，同时在预充电回路和输出侧滤波单元之间设置了补偿滤波模块，当负载侧的能量反馈导致波形变化大的话，使用预充电回路中的储存的能量对负载侧输出的能量进行补偿，进行波形的整形，因此可以有效的提高输入到电网中的电压的质量，且储存的电压输出采用IGBT组成三相桥式结构进行控制，通过IGBT开关状态的切换来实现电压变相的功能，因此使输出的功率因数也接近于1，大大减小了对电网的干扰，无须再采用输入和直流电抗器也不会再对电网产生干扰与各种普通变频器配套，在电网电压较低或波动较大时保持足够的转矩输出。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的预充电回路原理框图；

图3为本发明的预充电回路原理框图；

图中：1、预充电回路；11、输入电流检测单元；12、输入电压检测单元；13、储能缓冲单元；2、输入侧滤波单元；3、整流模块；31、输出电流检测单元；32、输出电压检测单元；33、切换单元；4、逆变器单元；5、补偿滤波模块；6、输出侧滤波单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种AFE主动前端PWM整流方法，包括顺次连接在电网和负载之间的预充电回路1、输入侧滤波单元2、整流模块3和逆变器单元4，预充电回路1和输入侧滤波单元2之间连接有向输入侧滤波单元2中输出纯净补偿能量的补偿滤波模块5，且整流模块3的输出端连接有输出侧滤波单元6，输出侧滤波单元6并在电网中，输出侧滤波单元6的输入端还连接在补偿滤波模块5的输出端。

本实施例中，通过顺次连接在电网和负载之间的预充电回路1、输入侧滤波单元2、整流模块3和逆变器单元4，可以对电网中输出的电压进行预储存，具有缓冲的作用，然后经过输入侧滤波单元2的L-C滤波电路进行杂波的过滤，输出纯净的电压，接着通过整流模块3进行整流，将电网中的交流电转变成直流电，然后通过逆变器将直流转变成相应的提供负载使用的交流电，预充电回路1和输入侧滤波单元2之间连接有向输入侧滤波单元2中输出纯净补偿能量的补偿滤波模块5，负载在运行时，需要逆向向电网中输出电压，通过补偿滤波模块5向输入侧滤波单元2中输入补偿电压逆向输出的电压进行平衡，降低对电网造成的影响，与且整流模块3的输出端连接有输出侧滤波单元6，输出侧滤波单元6并在电网中，输出侧滤波单元6的输入端还连接在补偿滤波模块5的输出端，当负载侧输出的逆向电压较大时，能量通过输出侧滤波单元6输出至电网中，可以增加对电压的整形能力，降低对输入电压的影响。

具体的，整流模块3中设有输出电流检测单元31、输出电压检测单元32和切换单元33，输出电流检测单元31和输出电压检测单元32对负载向电网侧输出的能量进行电压参数和电流参数的检测，切换单元33根据检测结果进行输出端的切换，根据负载输出的电压的规模大小，可以采用不同的线路向电网中输出。

具体的，整流模块3的输出端连接有整流模块3和输出侧滤波单元6，整流模块3和输出侧滤波单元6并联在电网中，可以通过两个方向，即整流模块3和输出侧滤波单元6输入到电网中，保证输入的电压的纯净。

具体的，预充电回路1包括输入电流检测单元11、输入电压检测单元12和储能缓冲单元13，输入电流检测单元11和输入电压检测单元12分别用于检测电网中输入能量的电流参数和电压参数，且储能缓冲单元13输出端连接在补偿滤波模块5中，当输入电流检测单元11和输入电压检测单元12检测负载的输出电压和电流后，可以根据设定值，向补偿滤波模块5中输入相应的用于平衡电压的能量。

具体的，储能缓冲单元13通过触发装置进行控制，触发装置与输出电流检测单元31和输出电压检测单元32信号连接，当输出电流检测单元31和输出电压检测单元32检测到设定的电压和电流参数时，控制储能缓冲单元13向外进行输出补偿能量。

具体的，补偿滤波模块5的输出端具有分流控制单元，分流控制单元与输入电流检测单元11、输入电压检测单元12信号连接，分流控制单元与输出电流检测单元31和输出电压检测单元32信号连接，当输入电流检测单元11、输入电压检测单元12检测到电压和电流的参数平稳时，负载的电能通过逆变器单元4-整流模块3-输入侧滤波单元2-预充电回路1进入到电网，当输出电流检测单元31和输出电压检测单元32检测到电压参数大时，分流控制单元控制输出方向，负载侧的输出电压通过逆变器单元4和输出侧滤波单元6输入到电网中。

具体的，输出侧滤波单元6和输入侧滤波单元2的结构相同，均采用L-C滤波器，L-C滤波器采用电感和电容组合的方式，可以有效的对输入电能的质量进行控制，对高波和低波进行缓冲，输出平稳的纯净的正弦波电压。

本发明的工作原理及使用流程：本发明安装好过后，通过顺次连接在电网和负载之间的预充电回路1、输入侧滤波单元2、整流模块3和逆变器单元4，可以对电网中输出的电压进行预储存，具有缓冲的作用，然后经过输入侧滤波单元2的L-C滤波电路进行杂波的过滤，输出纯净的电压，接着通过整流模块3进行整流，将电网中的交流电转变成直流电，然后通过逆变器将直流转变成相应的提供负载使用的交流电，预充电回路1和输入侧滤波单元2之间连接有向输入侧滤波单元2中输出纯净补偿能量的补偿滤波模块5，负载在运行时，需要逆向向电网中输出电压，通过补偿滤波模块5向输入侧滤波单元2中输入补偿电压逆向输出的电压进行平衡，降低对电网造成的影响，与且整流模块3的输出端连接有输出侧滤波单元6，输出侧滤波单元6并在电网中，输出侧滤波单元6的输入端还连接在补偿滤波模块5的输出端，当负载侧的能量反馈导致波形变化大的话，使用预充电回路1中的储存的能量对负载侧输出的能量进行补偿，进行波形的整形，因此可以有效的提高输入到电网中的电压的质量，且储存的电压输出采用IGBT组成三相桥式结构进行控制，通过IGBT开关状态的切换来实现电压变相的功能，因此使输出的功率因数也接近于1，大大减小了对电网的干扰，无须再采用输入和直流电抗器也不会再对电网产生干扰与各种普通变频器配套，在电网电压较低或波动较大时保持足够的转矩输出能量通过输出侧滤波单元6输出至电网中，可以增加对电压的整形能力，降低对输入电压的影响。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种AFE主动前端PWM整流方法，其特征在于：包括顺次连接在电网和负载之间的预充电回路(1)、输入侧滤波单元(2)、整流模块(3)和逆变器单元(4)，所述预充电回路(1)和所述输入侧滤波单元(2)之间连接有向所述输入侧滤波单元(2)中输出纯净补偿能量的补偿滤波模块(5)，且所述整流模块(3)的输出端连接有输出侧滤波单元(6)，所述输出侧滤波单元(6)并在电网中，所述输出侧滤波单元(6)的输入端还连接在所述补偿滤波模块(5)的输出端，所述整流模块(3)中设有输出电流检测单元(31)、输出电压检测单元(32)和切换单元(33)，所述输出电流检测单元(31)和所述输出电压检测单元(32)对负载向电网侧输出的能量进行电压参数和电流参数的检测，所述切换单元(33)根据检测结果进行输出端的切换，所述预充电回路(1)包括输入电流检测单元(11)、输入电压检测单元(12)和储能缓冲单元(13)，所述输入电流检测单元(11)和所述输入电压检测单元(12)分别用于检测电网中输入能量的电流参数和电压参数，且所述储能缓冲单元(13)输出端连接在所述补偿滤波模块(5)中，所述储能缓冲单元(13)通过触发装置进行控制，所述触发装置与所述输出电流检测单元(31)和所述输出电压检测单元(32)信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种AFE主动前端PWM整流方法，其特征在于：所述整流模块(3)的输出端连接有所述整流模块(3)和输出侧滤波单元(6)，所述整流模块(3)和所述输出侧滤波单元(6)并联在电网中。

3.根据权利要求1所述的一种AFE主动前端PWM整流方法，其特征在于：所述补偿滤波模块(5)的输出端具有分流控制单元，所述分流控制单元与所述输入电流检测单元(11)、输入电压检测单元(12)信号连接，所述分流控制单元与所述输出电流检测单元(31)和输出电压检测单元(32)信号连接。

4.根据权利要求1所述的一种AFE主动前端PWM整流方法，其特征在于：所述输出侧滤波单元(6)和所述输入侧滤波单元(2)的结构相同，均采用L-C滤波器。

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