CN116505785B - 一种电流型pwm整流器及其控制策略 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电流型PWM整流器及其控制策略,所述整流器包括输入滤波器、整流桥及直流滤波器,输入滤波器、整流桥及直流滤波器顺序连接,其特征在于,还包括续流通路,直流滤波器包括两个电感和一个电容,两个电感的一端分别与整流器的直流母线正端和直流母线负端连接,电容接在两个电感的另一端之间,两个电感的两端分别并联一个续流通路,通过控制整流桥的各个开关管的通断及续流通路的通断使得电感的电流处于准连续模式;本发明的优点在于:使得电感的电流处于准连续模式,从而减少负载动态响应时间,大大提升负载动态响应性能。
Description
技术领域
本发明涉及三相PWM整流器领域,具体涉及一种电流型PWM整流器及其控制策略。
背景技术
三相电流型PWM整流器将较高的三相交流输入电压转换为较低的直流电压,其不仅可以确保三相输入电流平衡且高度正弦,而且具有可靠的短路限流功能。因此,基于三相电流型PWM整流器的电源装置在电动汽车充电机、多电飞机整流器、数据中心以及电解水制氢等领域具有良好的应用前景。
图1为目前常用的三相电流型PWM整流器。该整流器主要由输入滤波器100、整流桥200与直流滤波器构成300。三相电流型PWM整流器的输入滤波器100由三相LC滤波器构成,抑制高次电流谐波流入交流电源端。三相电流型PWM整流器的整流桥200包含三对桥臂,每对桥臂分为上下桥臂。每个桥臂由开关管与二极管串联构成,该单元将能量由交流侧传递到直流侧,并确保三相输入电流高度正弦,且与输入电压同频率与相位。直流滤波器300由储能电感与滤波电容实现能量存储、直流滤除高次谐波,防止高次谐波流入负载。但是类似图1的传统的三相电流型PWM整流器存在负载动态响应速度慢的问题,严重制约其推广应用。
文献《朱晓荣, 彭咏龙, 李和明,等. 电流型PWM整流器的非线性控制[J]. 中国电机工程学报, 2007, 27(28):6.》记载的PWM控制器是类似于图1的三相电流型PWM整流器,其首先基于非线性微分几何理论,分析了三相电流型PWM整流器实现输入/输出精确线性化的条件,指出线性化后的系统存在一阶零动态,然后提出了三相电流型PWM整流器的非线性控制策略,实现了交流电流d轴分量和q轴分量的解耦控制,但是其没有解决三相电流型PWM整流器负载动态响应速度慢的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术三相电流型PWM整流器存在负载动态响应速度慢的问题。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题的:一种电流型PWM整流器,包括输入滤波器、整流桥及直流滤波器,输入滤波器、整流桥及直流滤波器顺序连接,还包括续流通路,直流滤波器包括两个电感和一个电容,两个电感的一端分别与整流器的直流母线正端和直流母线负端连接,电容接在两个电感的另一端之间,两个电感的两端分别并联一个续流通路,通过控制整流桥的各个开关管的通断及续流通路的通断使得电感的电流处于准连续模式。
进一步地,所述续流通路是开关管与二极管串联或者双向开关管或者两个反向串联的开关管。
进一步地,所述整流桥包括三对桥臂以及一个二极管D F,每对桥臂由上桥臂和下桥臂组成,每个上桥臂以及每个下桥臂均由一个开关管Q i和一个二极管D i构成,开关管Q i的源极与二极管D i的阳极连接,上桥臂的开关管的漏极与对应的下桥臂的二极管的阴极连接,三个上桥臂的二极管的阴极连接并与直流母线的正端连接,三个下桥臂的开关管的漏极连接并与直流母线的负端连接,二极管D F的阳极与直流母线负端连接,二极管D F的阴极与直流母线正端连接。
进一步地,所述输入滤波器的三相输入端分别与三相电源的三相连接,输入滤波器的三相输出端分别与整流桥的三对桥臂的中点连接。
进一步地,电流型PWM整流器还包括负载R L,所述负载R L并联在直流滤波器的电容的两端。
本发明还提供电流型PWM整流器的控制策略,所述控制策略包括:
通过SVPWM调制控制电流型PWM整流器的整流桥的各开关管的通断,通过PWM调制控制续流通路的通断,使电流型PWM整流器的输出端电感的电流在不同的控制情况下处于准连续模式。
进一步地,所述通过SVPWM调制控制电流型PWM整流器的整流桥的各开关管的通断,包括:
输出电压v o与基准电压信号V ref的差值经PI控制器后生成调制度信号M,三相输入电压采样信息与调制度信号M相结合,比较三相输入电压绝对值的大小,确定其中的最大值、中间值以及最小值分别为、/>、/>,最大值对应相所连接的整流桥的开关管占空比为/>,/>为输入相电压峰值,中间值对应相所连接的整流桥的开关管占空比为/>,最小值对应相所连接的整流桥的开关管占空比为/>,最大值对应相与中间值对应相占空比分别作为调制信号与锯齿载波信号比较,调制信号大于锯齿载波信号时输出高电平PWM波,当调制信号小于锯齿载波信号时输出低电平PWM波,最小值对应相所连接的整流桥的开关管PWM波形为中间值对应相所连接的整流桥的开关管PWM波形取反得到。
进一步地,所述通过PWM调制控制续流通路的通断,包括:
调制度信号M与给定占空比D 2之和,作为调制波与锯齿载波信号比较,调制波高于载波信号时输出低电平PWM波,调制波低于载波信号时输出高电平PWM波,控制续流通路的开通与关断,其中,给定占空比D 2、调制度信号M与续流通路的占空比D 1之和为1。
进一步地,所述控制策略还包括:所述整流桥包括三对桥臂,每对桥臂由上桥臂和下桥臂组成,三个上桥臂分别为上桥臂S 1、上桥臂S 3、上桥臂S 5,三个下桥臂分别为下桥臂S 4、下桥臂S 6、下桥臂S 2,直流滤波器的两个电感的两端并联的续流通路分别包括桥臂S Bp、桥臂S Bn,通过SVPWM调制控制上桥臂S 1、上桥臂S 3、上桥臂S 5、下桥臂S 2、下桥臂S 4、下桥臂S 6的通断,通过PWM调制控制桥臂S Bp、桥臂S Bn的通断。
更进一步地,所述整流器工作在四种模态,第一模态下,上桥臂S 1导通、上桥臂S 3关断、上桥臂S 5关断、下桥臂S 2关断、下桥臂S 4关断、下桥臂S 6导通、桥臂S Bp关断、桥臂S Bn关断;第二模态下,上桥臂S 1导通、上桥臂S 3关断、上桥臂S 5关断、下桥臂S 2导通、下桥臂S 4关断、下桥臂S 6关断、桥臂S Bp关断、桥臂S Bn关断;第三模态下,上桥臂S 1关断、上桥臂S 3关断、上桥臂S 5导通、下桥臂S 2导通、下桥臂S 4关断、下桥臂S 6关断、桥臂S Bp关断、桥臂S Bn关断;第四模态下,上桥臂S 1关断、上桥臂S 3关断、上桥臂S 5导通、下桥臂S 2导通、下桥臂S 4关断、下桥臂S 6关断、桥臂S Bp导通、桥臂S Bn导通。
本发明的优点在于:
(1)本发明电流型PWM整流器的直流滤波器的两个电感的两端并联续流通路,通过控制整流桥的各个开关管的通断及续流通路的通断能够使得电感的电流处于准连续模式,从而减少负载动态响应时间,大大提升负载动态响应性能。
(2)本发明电流型PWM整流器工作在准连续模式下,控制到输出传递函数不论在低频还是高频下均具有足够的稳定裕量,环路增益补偿设计相对简单。
(3)本发明通过SVPWM调制控制电流型PWM整流器的整流桥的各开关管的通断,通过PWM调制控制续流通路的通断,使得整流器工作在不同模态,模态与模态之间的开关周期连续,输出端电感的电流在连续开关周期的不同模态下处于准连续模式。
附图说明
图1为传统的三相电流型PWM整流器电路图;
图2为本发明实施例所提供的三相电流型PWM整流器框图;
图3为本发明实施例所提供的三相电流型PWM整流器电路图;
图4为本发明实施例所提供的三相电流型PWM整流器控制器框图;
图5为本发明实施例所提供的三相电流型PWM整流器桥臂开关状态示意图;
图6为本发明实施例所提供的三相电流型PWM整流器中开关管Q 1与Q 6导通,开关管Q Bp与Q Bn关断时电流通路;
图7为本发明实施例所提供的三相电流型PWM整流器中开关管Q 1与Q 2导通,开关管Q Bp与Q Bn关断时电流通路;
图8为本发明实施例所提供的三相电流型PWM整流器中开关管Q 2与Q 5导通,开关管Q Bp与Q Bn关断时电流通路;
图9为本发明实施例所提供的三相电流型PWM整流器中开关管Q 2与Q 5导通,开关管Q Bp与Q Bn导通时电流通路;
图10为本发明实施例所提供的三相电流型PWM整流器的控制-输出传递函数伯德图;
图11为传统的三相电流型PWM整流器系统负载切换时的输出电压波形;
图12为本发明实施例所提供的三相电流型PWM整流器系统负载切换时的电压波形。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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作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
如图2和图3所示,一种电流型PWM整流器,包括输入滤波器100、整流桥200及直流滤波器300,输入滤波器100、整流桥200及直流滤波器300顺序连接,与传统PWM整流器相比本发明提供的整流器还包括续流通路400,续流通路400并联在直流滤波器300的电感的两端,通过控制整流桥200的各个开关管的通断及续流通路400的通断使得电感的电流处于准连续模式。本实施例中电流型PWM整流器为三相六开关电流型PWM整流器。
继续参阅图3,所述输入滤波器100由三相LC滤波器构成。输入滤波器100的三相输入端分别与三相电源的三相连接,输入滤波器100的三相输出端分别与整流桥200的三对桥臂的中点连接。每相LC滤波器的滤波电容位于滤波电感和整流桥200的桥臂之间。三相LC滤波器的滤波电容为星型(Y型)连接。
继续参阅图3,所述整流桥200包括三对桥臂以及一个二极管D F,每对桥臂由上桥臂和下桥臂组成,三个上桥臂分别为上桥臂S 1、上桥臂S 3、上桥臂S 5,三个下桥臂分别为下桥臂S 2、下桥臂S 4、下桥臂S 6,每个上桥臂以及每个下桥臂均由一个开关管Q i和一个二极管D i构成,i=1~6,开关管Q i的源极与二极管D i的阳极连接,上桥臂的开关管的漏极与对应的下桥臂的二极管的阴极连接,三个上桥臂的二极管的阴极连接并与直流母线的正端连接,三个下桥臂的开关管的漏极连接并与直流母线的负端连接,二极管D F的阳极与直流母线负端连接,二极管D F的阴极与直流母线正端连接。
继续参阅图3,所述直流滤波器300包括电感L p和电感L n和一个电容CO,电感L p和电感L n的一端分别与整流器的直流母线正端和直流母线负端连接,电容CO接在电感L p的另一端和电感L n的另一端之间,电感L p和电感L n的两端分别并联一个续流通路400。
继续参阅图3,所述续流通路400是开关管与二极管串联或者双向开关管或者两个反向串联的开关管。本实施例中,电感L p的两端和电感L n的两端并联的续流通路400结构相同,电感L p的两端的续流通路400包括二极管D Bp和开关管Q Bp,两者可以统称为桥臂S Bp,电感L n的两端的续流通路400包括二极管D Bn和开关管Q Bn,两者还可以统称为桥臂S Bn,二极管D Bp的阴极与电感L p的一端连接,二极管D Bp的阳极与开关管Q Bp的源极连接,开关管Q Bp的漏极与电感L p的另一端连接,二极管D Bn的阴极与电感L n的另一端连接,二极管D Bn的阳极与开关管Q Bn的源极连接,开关管Q Bn的漏极与电感L n的一端连接。电流型PWM整流器还包括负载R L,所述负载R L并联在直流滤波器300的电容CO的两端。
通过以上技术方案,本发明电流型PWM整流器的直流滤波器300的两个电感的两端并联续流通路400,通过控制整流桥200的各个开关管的通断及续流通路400的通断,能够使得电感的电流处于准连续模式,从而减少负载动态响应时间,大大提升负载动态响应性能。
实施例2
基于实施例1,本发明实施例2还提供电流型PWM整流器的控制策略,所述控制策略包括:
通过SVPWM调制控制上桥臂S 1、上桥臂S 3、上桥臂S 5、下桥臂S 2、下桥臂S 4、下桥臂S 6的通断,通过PWM调制控制桥臂S Bp、桥臂S Bn的通断,使电流型PWM整流器的输出端电感的电流在不同的控制情况下处于准连续模式。
具体的,如图4所示,基准电压信号Vref与输出电压vo的差值经过比例、积分控制器(PI控制器)后,生成调制度信号M,三相输入电压采样信息(va、vb、vc)与调制度信号M相结合,生成SVPWM调制所需的三相电流参考矢量。
比较此时输入电压绝对值的大小,有|v max|>|v mid|>|v min|,其中的最大值、中间值以及最小值分别为、/>、/>。最大值所对应相所连接的整流桥200的开关管占空比为/>,中间值对应相所连接的整流桥200的开关管占空比为/>,最小值所对应相所连接的整流桥200的开关管占空比为/>。最大值所对应相与中间值对应相占空比分别作为调制信号与锯齿载波信号比较,调制信号大于锯齿载波信号时输出高电平PWM波,当调制信号小于锯齿载波信号时输出低电平PWM波,最小值对应相所连接的整流桥200的开关管PWM波形为中间值对应相所连接的整流桥200的开关管PWM波形取反得到。
以第12扇区(v a>0>v c>v b,|v a|>|v b|>|v c|)为例,其中A相开关管占空比,B相开关管占空比/>,C相开关管占空比为/>。A相开关管占空比/>作为调制信号与锯齿载波信号比较,调制信号大于锯齿载波信号时输出高电平PWM波,当调制信号小于载波信号时输出低电平PWM波。该PWM波控制开关管Q 1、Q 4。B相开关管占空比/>作为调制信号与锯齿载波信号比较,调制信号大于载波信号时输出高电平PWM波,当调制信号小于载波信号时输出低电平PWM波。该PWM波控制开关管Q 3、Q 6。C相PWM波形为B相PWM波形取反,可使用B相开关管占空比/>作为调制信号与锯齿载波信号比较,调制信号大于载波信号时输出低电平PWM波,当调制信号小于载波信号时输出高电平PWM波。该PWM波控制开关管Q 5、Q 2。通过上述方式控制电流型PWM整流器的整流桥200的各开关管Q i(i=1~6)的开通与关断。
调制度M与给定占空比D 2之和的值,作为调制信号与锯齿载波信号比较,调制波高于载波信号时输出低电平PWM波,调制信号低于载波信号时输出高电平PWM波。控制续流通路400中开关管Q Bp、Q Bn的开通与关断,其中,给定占空比D 2、调制度信号M与续流通路400的占空比D 1之和为1。给定占空比D 2,其值小于,且留有一定裕量。其中V o为输出电压,V m为输入相电压峰值。
如图5所示,区别于传统的调制策略,本发明提供的调制策略确保所提出拓扑直流侧电感电流工作在准连续模式(连续模式下直流侧电感在各个模态均工作在充电、放电模式下且电流不为零;断续模式下在部分模态直流侧电感不工作在充电、放电模式下,同时在该模态下电流为零;准连续模式下在部分模态,直流侧电感不工作在充电、放电模式下,同时在该模态下电流不为零)。本发明提供了第12扇区期间(v a>0>v c>v b),所述整流器工作的四种模态,关于扇区的定义属于现有技术,具体可以参阅中国专利公开号CN116054609 A,名称为一种三相电流型PWM整流器的控制方法及系统中记载的关于扇区划分的内容。第一模态下,上桥臂S 1导通、上桥臂S 3关断、上桥臂S 5关断、下桥臂S 2关断、下桥臂S 4关断、下桥臂S 6导通、桥臂S Bp关断、桥臂S Bn关断;直流滤波器300的两个电感承受电压之和为v ab-v o,电感电流迅速上升;第二模态下,上桥臂S 1导通、上桥臂S 3关断、上桥臂S 5关断、下桥臂S 2导通、下桥臂S 4关断、下桥臂S 6关断、桥臂S Bp关断、桥臂S Bn关断;直流滤波器300的两个电感承受电压之和为v ac-v o,电感电流可能上升也可能下降;第三模态下,上桥臂S 1关断、上桥臂S 3关断、上桥臂S 5导通、下桥臂S 2导通、下桥臂S 4关断、下桥臂S 6关断、桥臂S Bp关断、桥臂S Bn关断;直流滤波器300的两个电感承受电压之和为-v o,电感电流迅速下降;第四模态下,上桥臂S 1关断、上桥臂S 3关断、上桥臂S 5导通、下桥臂S 2导通、下桥臂S 4关断、下桥臂S 6关断、桥臂S Bp导通、桥臂S Bn导通,直流滤波器300的两个电感承受电压之和为0,理想状态下电感电流恒定不变(实验过程由于开关管与二极管存在阻值,导致电流缓慢减小)。第一模态至第四模态在附图以及下文简称模态1至模态4。
以下结合第12扇区(v a>0>v c>v b)的开关状态,阐述本发明拓扑的工作原理。
图6表示在模态1期间的电流流通路径。在模态1期间,桥臂S 1(由开关管Q 1串联二极管D 1构成)与桥臂S 6(由开关管Q 6串联二极管D 6构成)导通,其他整流器桥臂均关断。二极管D F承受反向电压而截止。桥臂S Bp、桥臂S Bn关断。A相与B相输入电压通过桥臂S 1、桥臂S 6、电感L p,电感L n构成的电流路径向电感L p和电感L n充电。同时电感L p和电感L n通过直流侧通路向负载端供电。该模态在一个控制周期内的时间为。其中V m为相电压峰值,T s为一个开关周期的时间。
图7表示在模态2期间的电流流通路径。在模态2期间,桥臂S 1(由开关管Q 1串联二极管D 1构成)与桥臂S 2(由开关管Q 2串联二极管D 2构成)导通,其他整流器桥臂均关断。二极管D F承受反向电压而截止。续流桥臂S Bp、S Bn关断。A相与C相输入电压通过桥臂S 1、桥臂S 2、电感L p,L n构成的电流路径向电感L p和电感L n充电。同时电感L p和电感L n通过直流侧通路向负载端供电。该模态在一个控制周期内的时间为。
图8表示在模态3期间的电流流通路径。在模态3期间,桥臂S 5(由开关管Q 5串联二极管D 5构成)与桥臂S 2(由开关管Q 2串联二极管D 2构成)导通,整流器其余桥臂关断。续流桥臂S Bp、S Bn关断。电感L p,L n存储的能量通过二极管D F向负载端供电。该模态在一个控制周期内的时间为。
图9表示在模态4期间的电流流通路径。在模态4期间,桥臂S 5(由开关管Q 5串联二极管D 5构成)与桥臂S 2(由开关管Q 2串联二极管D 2构成)导通,其他整流器桥臂关断。二极管D F关断。续流桥臂S Bp、S Bn导通。电感L p通过续流桥臂S Bp(开关管Q Bp与二极管D Bp构成)进行续流。电感L n通过续流桥臂S Bn(开关管Q Bn与二极管D Bn构成)进行续流。该模态在一个控制周期内的时间为D 1 *T s=(1-M-D 2)*T s。
通过状态空间平均法可得,三相电流型PWM整流器连续模式下,控制到输出的传递函数为:
其中,是输出电压V o的小信号频域表达式,/>为控制信号输入即调制度M的小信号频域表达式。V m为三相交流电压输入相电压峰值。L为储能电感的感值(等效于L p与L n之和),C为直流滤波电容容值,R为负载,/>是传递函数中的复数变量。
由于控制到输出的传递函数存在复极点,因此很难设计补偿器来实现大带宽的环路增益。三相电流型PWM整流器采用准连续工作模式下,控制到输出的传递函数为:
开关管Q Bp、Q Bn的占空比D 1到输出的传递函数为:
其中,为占空比D 1的小信号频域表达式。
由于采用恒定调制度信号M与辅助续流占空比D 1之和为定值的控制方式,能够得到调制度小信号与占空比小信号/>的关系式,从而得到控制到输出的传递函数为:
三相电流型PWM整流器调制度小信号到输出电压小信号/>的传递函数,并且由于/>,控制到输出的传递函数存在一个左半平面零点,表现出单极点系统特性。对于连续模式转换器,状态变量是电容器电压和电感器电流,功率级是二阶系统。对于准连续模式情况,在每个切换周期都会重置为常数。就小信号分析而言,相当于重置为零,功率级的传递函数为一阶。因此,极点零点补偿可用于拓宽环路增益带宽。
图10表示三相电流型PWM整流器控制到输出传递函数伯德图。可知在连续模式下,控制到输出传递函数在高频下相角为-180度,环路增益补偿设计复杂。本发明提供的三相电流型PWM整流器控制到输出传递函数伯德图。可知在准连续模式下控制到输出传递函数控制到输出传递函数不论在低频还是高频下均具有足够的稳定裕量,环路增益补偿设计相对简单。
本例的方法进行时域仿真分析,仿真条件如下:三相输入相电压有效值为115 V输出电压为200V、开关频率为200kHz,输出功率在2kW~4kW之间切换;仿真结果分析如下:
图11与图12分别为传统的三相电流型PWM整流器与本发明提出的三相电流型PWM整流器,负载切换前后的输出电压波形。当负载电流由10A阶跃到20A,采用传统的三相电流型PWM整流器需要1.1ms系统才能回到稳态,输出电压在138~207V范围内波动,超调量是31%。采用本发明提出的三相电流型PWM整流器需要0.6ms后输出电压即可稳定,输出电压在185~200V范围内波动,超调量是7.5%。当负载电流由20A阶跃到10A时,采用传统的三相电流型PWM整流器输出电压需要1.7ms回到稳态,输出电压在161~270V范围内波动,超调量高达45%。采用本发明提出的三相电流型PWM整流器需要0.9ms系统才能回到稳态,输出电压在200~216V范围内波动,超调量仅有8%。由上述仿真验证可知,本发明提出的三相电流型PWM整流器系统具有良好的负载动态特性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解: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;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种电流型PWM整流器,包括输入滤波器、整流桥及直流滤波器,输入滤波器、整流桥及直流滤波器顺序连接,其特征在于,还包括续流通路,直流滤波器包括两个电感和一个电容,两个电感的一端分别与整流器的直流母线正端和直流母线负端连接,电容接在两个电感的另一端之间,两个电感的两端分别并联一个续流通路,通过控制整流桥的各个开关管的通断及续流通路的通断使得电感的电流处于准连续模式,具体是通过SVPWM调制控制电流型PWM整流器的整流桥的各开关管的通断,通过PWM调制控制续流通路的通断,使电流型PWM整流器的输出端电感的电流在不同的控制情况下处于准连续模式,准连续模式下在部分模态,直流侧电感不工作在充电、放电模式下,同时在该模态下电流不为零;所述通过PWM调制控制续流通路的通断,包括:调制度信号M与给定占空比D 2之和,作为调制波与锯齿载波信号比较,调制波高于载波信号时输出低电平PWM波,调制波低于载波信号时输出高电平PWM波,控制续流通路的开通与关断,其中,给定占空比D 2、调制度信号M与续流通路的占空比D 1之和为1。
2.根据权利要求1所述的一种电流型PWM整流器,其特征在于,所述续流通路是开关管与二极管串联或者双向开关管或者两个反向串联的开关管。
3.根据权利要求1所述的一种电流型PWM整流器,其特征在于,所述整流桥包括三对桥臂以及一个二极管D F,每对桥臂由上桥臂和下桥臂组成,每个上桥臂以及每个下桥臂均由一个开关管Q i和一个二极管D i构成,开关管Q i的源极与二极管D i的阳极连接,上桥臂的开关管的漏极与对应的下桥臂的二极管的阴极连接,三个上桥臂的二极管的阴极连接并与直流母线的正端连接,三个下桥臂的开关管的漏极连接并与直流母线的负端连接,二极管D F的阳极与直流母线负端连接,二极管D F的阴极与直流母线正端连接。
4.根据权利要求1所述的一种电流型PWM整流器,其特征在于,所述输入滤波器的三相输入端分别与三相电源的三相连接,输入滤波器的三相输出端分别与整流桥的三对桥臂的中点连接。
5.根据权利要求1所述的一种电流型PWM整流器,其特征在于,还包括负载R L,所述负载R L并联在直流滤波器的电容的两端。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电流型PWM整流器的控制策略,其特征在于,所述控制策略包括:
通过SVPWM调制控制电流型PWM整流器的整流桥的各开关管的通断,通过PWM调制控制续流通路的通断,使电流型PWM整流器的输出端电感的电流在不同的控制情况下处于准连续模式。
7.根据权利要求6所述的控制策略,其特征在于,所述通过SVPWM调制控制电流型PWM整流器的整流桥的各开关管的通断,包括:
输出电压v o与基准电压信号V ref的差值经PI控制器后生成调制度信号M,三相输入电压采样信息与调制度信号M相结合,比较三相输入电压绝对值的大小,确定其中的最大值、中间值以及最小值分别为、/>、/>,最大值对应相所连接的整流桥的开关管占空比为/>,/>为输入相电压峰值,中间值对应相所连接的整流桥的开关管占空比为,最小值对应相所连接的整流桥的开关管占空比为/>,最大值对应相与中间值对应相占空比分别作为调制信号与锯齿载波信号比较,调制信号大于锯齿载波信号时输出高电平PWM波,当调制信号小于锯齿载波信号时输出低电平PWM波,最小值对应相所连接的整流桥的开关管PWM波形为中间值对应相所连接的整流桥的开关管PWM波形取反得到。
8.根据权利要求6所述的控制策略,其特征在于,所述通过PWM调制控制续流通路的通断,包括:
调制度信号M与给定占空比D 2之和,作为调制波与锯齿载波信号比较,调制波高于载波信号时输出低电平PWM波,调制波低于载波信号时输出高电平PWM波,控制续流通路的开通与关断,其中,给定占空比D 2、调制度信号M与续流通路的占空比D 1之和为1。
9.根据权利要求6所述的控制策略,其特征在于,所述控制策略还包括:所述整流桥包括三对桥臂,每对桥臂由上桥臂和下桥臂组成,三个上桥臂分别为上桥臂S 1、上桥臂S 3、上桥臂S 5,三个下桥臂分别为下桥臂S 2、下桥臂S 4、下桥臂S 6,直流滤波器的两个电感的两端并联的续流通路分别包括桥臂S Bp、桥臂S Bn,通过SVPWM调制控制上桥臂S 1、上桥臂S 3、上桥臂S 5、下桥臂S 2、下桥臂S 4、下桥臂S 6的通断,通过PWM调制控制桥臂S Bp、桥臂S Bn的通断。
10.根据权利要求9所述的控制策略,其特征在于,所述整流器工作在四种模态,第一模态下,上桥臂S 1导通、上桥臂S 3关断、上桥臂S 5关断、下桥臂S 2关断、下桥臂S 4关断、下桥臂S 6导通、桥臂S Bp关断、桥臂S Bn关断;第二模态下,上桥臂S 1导通、上桥臂S 3关断、上桥臂S 5关断、下桥臂S 2导通、下桥臂S 4关断、下桥臂S 6关断、桥臂S Bp关断、桥臂S Bn关断;第三模态下,上桥臂S 1关断、上桥臂S 3关断、上桥臂S 5导通、下桥臂S 2导通、下桥臂S 4关断、下桥臂S 6关断、桥臂S Bp关断、桥臂S Bn关断;第四模态下,上桥臂S 1关断、上桥臂S 3关断、上桥臂S 5导通、下桥臂S 2导通、下桥臂S 4关断、下桥臂S 6关断、桥臂S Bp导通、桥臂S Bn导通。
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CN107134935A (zh) * | 2017-05-25 | 2017-09-05 | 重庆理工大学 | 一种降低电流型pwm整流器开关损耗的调制方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9774246B2 (en) * | 2013-10-11 | 2017-09-26 | University Of Tennessee Research Foundation | Three-phase current source rectifier for power supplies |
US10574136B2 (en) * | 2018-04-17 | 2020-02-25 | Abb Schweiz Ag | Methods and systems for controlling current source rectifiers |
-
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Patent Citations (2)
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---|---|---|---|---|
CN102594176A (zh) * | 2011-01-21 | 2012-07-18 | 浙江大学 | 附加续流通路的软开关三相pwm整流器 |
CN107134935A (zh) * | 2017-05-25 | 2017-09-05 | 重庆理工大学 | 一种降低电流型pwm整流器开关损耗的调制方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
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三相电流型PWM整流器在断续导通模式下的研究;刘一瑾等;《重庆理工大学学报(自然科学)》;第35卷(第11期);第189-197页 * |
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