CN212909380U - 一种三相整流器电压型解耦电流型控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相整流器的电压型解耦电流型控制装置，通过正序电压解耦间接电流控制，完成三相输入不平衡条件下对三相整流器开关管的控制，实现对输出支路的调节。与传统的未引入不平衡补偿的控制技术相比，本实用新型具有输入电流THD小、PF值高等优点，可用于控制多种三相整流器，诸如：三相Buck整流器、三相Boost整流器。

Description

一种三相整流器电压型解耦电流型控制装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子设备，尤其是一种开关变换器的控制装置。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，电力变换器在电网中的应用越来越广泛，电力变换器中非线性器件的使用造成较大的无功功率与电流谐波，影响电能质量，使得用电设备故障概率增大，甚至会出现电力设备损坏。交流电网系统中，整流器作为电网与直流用电设备的连接接口，应用场合较为广泛。采用二极管不控整流与晶闸管相控整流技术的传统整流器，虽然成本低廉、系统可靠性高，但是对电网具有较大的谐波污染，且存在无功功率损耗大等弊端。为了避免可能存在的危害，国内外学术组织对电网中整流器的输入谐波与无功功率等相关参数提出了明确的标准与规定，这促使提高功率因数和降低谐波污染的课题成为研究重点。

有源整流器采用全控开关器件，通过对输入电流正弦化，对输入电流谐波和无功功率进行抑制，具有功率因数人为可调的特点。近年来，逐渐受到学术界与工业界的青睐。现有三相整流器的控制方法大多是在三相平衡条件下提出的，即三相输入电压呈正弦状且输出电压幅值相等，相位互差120度，此时需要处理直流变量而不需要过多考虑交流变量。当电网三相电压不平衡时，采用常规的电网平衡条件下提出的控制方法，会降低整流器的输入电流总谐波失真(Total Harmonic Distortion，THD)以及功率因数(Power Factor，PF)，严重时导致整流器工作不正常甚至损坏。

为了避免三相整流器在电网不平衡条件下出现的问题，需要对电网不平衡条件做特定的研究分析，提出适用于三相输入不平衡时的控制策略，解决三相输入不平衡时整流器输入电流谐波大、功率因素低等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种开关变换器的控制装置，使之克服现有三相整流器装置工作在三相输入不平衡时的技术缺点，具有低输入电流THD、高PF值等优点，适用于多种拓扑结构的开关变换器。

本实用新型实现其发明目的所采用的技术方案是：三相整流器电压型解耦电流型控制装置，其特征在于：由第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、第三电压检测电路VS3、第四电压检测电路VS4、非线性电压解耦器DE、滤波器FILTER、基准校正器SP、第一乘法器MUL1、第二乘法器MUL2、三角正弦变换器SIN、三角余弦变换器COS、第一计算器CAL1、第二计算器CAL2、第一减法器SUB1、比例-积分器PI、矢量宽度调制器SVPWM、第一驱动电路DR1、第二驱动电路DR2、第三驱动电路DR3、第四驱动电路DR4、第五驱动电路DR5、和第六驱动电路DR6组成；所述的第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、第三电压检测电路VS3均与非线性电压解耦器DE相连；非线性电压解耦器DE的输出信号ud与滤波器FILTER相连；非线性电压解耦器DE的输出信号uq与基准校正器SP相连；基准校正器的输出信号wt分别与三角正弦变换器SIN、三角余弦变换器COS相连；滤波器FILTER的输出信号Ud和三角余弦变换器COS的输出信号wtc均与第一乘法器MUL1相连；滤波器FILTER的输出信号Ud和三角正弦变换器SIN的输出信号wts均与第二乘法器MUL2相连；三角余弦变换器COS的输出信号wtc和三角正弦变换器SIN的输出信号wts均与非线性电压解耦器DE相连；第四电压检测电路VS4、第一减法器SUB1和比例-积分器PI依次相连；第一减法器MUL1和比例积分器PI与第一计算器CAL1相连；第二减法器和比例积分器PI与第二计算器CAL2相连；第一计算器CAL1和第二计算器CAL2与矢量宽度调制器SVPWM相连；矢量宽度调制器SVPWM的输出分别与第一驱动电路DR1、第二驱动电路DR2、第三驱动电路DR3、第四驱动电路DR4、第五驱动电路DR5、和第六驱动电路DR6相连。

上述的非线性解耦器DE的具体组成为：由第一解耦变换器Clark和第二解耦变换器Park组成；检测到的三相输入电压ua、ub、uc与第一解耦变换器Clark相连；第一解耦变换器Clark与第二解耦变换器Park相连。

上述的第一计算器CAL1的具体组成为：由第二减法器SUB2和第三乘法器MUL3组成；第一乘法器MUL1的输出信号uα和第一解耦变换器Clark的输出信号uα0与第二减法器SUB2相连；第二减法器SUB2和比例积分器PI的输出Uc与第三乘法器MUL3相连。

上述的第二计算器CAL2的具体组成为：由第三减法器SUB3和第四乘法器MUL4组成；第二乘法器MUL2的输出信号uβ和第一解耦变换器Clark的输出信号uβ0与第三减法器SUB3相连；第三减法器SUB3和比例积分器PI的输出Uc与第四乘法器MUL4相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、本实用新型为三相整流器提供了一种简单可靠的控制装置，克服了传统的三相整流器控制技术在三相输入不平衡时存在输入电流谐波大、功率因素低的缺点，控制框架简单易实现，稳定性更好，可靠性更高。

二、本实用新型所提供的三相整流器电压型解耦电流型控制装置，在三相输入不平衡时，能够抑制输入电流THD的增大。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例一控制装置的电路结构框图。

图2为本实用新型实施例一的非线性解耦器DE的电路结构框图。

图3为本实用新型实施例一的第一计算器CAL1的电路结构框图。

图4为本实用新型实施例一的第二计算器CAL2的电路结构框图。

图5为本实用新型实施例一的电路结构框图。

图6为本实用新型实施例一和未加入不平衡控制方案时的三相Buck整流器在三相输入电压不平衡时的稳态工作波形示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实例并结合附图对本实用新型做进一步详细的描述。

实施例一：

图1示出，本实用新型的一种具体实施方式为：三相整流器电压型解耦电流型控制装置，其特征在于：由第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、第三电压检测电路VS3、第四电压检测电路VS4、非线性电压解耦器DE、滤波器FILTER、基准校正器SP、第一乘法器MUL1、第二乘法器MUL2、三角正弦变换器SIN、三角余弦变换器COS、第一计算器CAL1、第二计算器CAL2、第一减法器SUB1、比例-积分器PI、矢量宽度调制器SVPWM、第一驱动电路DR1、第二驱动电路DR2、第三驱动电路DR3、第四驱动电路DR4、第五驱动电路DR5、和第六驱动电路DR6组成；所述的第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、第三电压检测电路VS3均与非线性电压解耦器DE相连；非线性电压解耦器DE的输出信号ud与滤波器FILTER相连；非线性电压解耦器DE的输出信号uq与基准校正器SP相连；基准校正器的输出信号wt分别与三角正弦变换器SIN、三角余弦变换器COS相连；滤波器FILTER的输出信号Ud和三角余弦变换器COS的输出信号wtc均与第一乘法器MUL1相连；滤波器FILTER的输出信号Ud和三角正弦变换器SIN的输出信号wts均与第二乘法器MUL2相连；三角余弦变换器COS的输出信号wtc和三角正弦变换器SIN的输出信号wts均与非线性电压解耦器DE相连；第四电压检测电路VS4、第一减法器SUB1和比例-积分器PI依次相连；第一减法器MUL1和比例积分器PI与第一计算器CAL1相连；第二减法器和比例积分器PI与第二计算器CAL2相连；第一计算器CAL1和第二计算器CAL2与矢量宽度调制器SVPWM相连；矢量宽度调制器SVPWM的输出分别与第一驱动电路DR1、第二驱动电路DR2、第三驱动电路DR3、第四驱动电路DR4、第五驱动电路DR5、和第六驱动电路DR6相连。

图2示出，本例的非线性解耦器DE的具体组成为：由第一解耦变换器Clark和第二解耦变换器Park组成；检测到的三相输入电压ua、ub、uc与第一解耦变换器Clark相连；第一解耦变换器Clark与第二解耦变换器Park相连。

图3示出，本例的第一计算器CAL1的具体组成为：由第二减法器SUB2和第三乘法器MUL3组成；第一乘法器MUL1的输出信号uα和第一解耦变换器Clark的输出信号uα0与第二减法器SUB2相连；第二减法器SUB2和比例积分器PI的输出Uc与第三乘法器MUL3相连。

图4示出，本例的第二计算器CAL2的具体组成为：由第三减法器SUB3和第四乘法器MUL4组成；第二乘法器MUL2的输出信号uβ和第一解耦变换器Clark的输出信号uβ0与第三减法器SUB3相连；第三减法器SUB3和比例积分器PI的输出Uc与第四乘法器MUL4相连。

本例采用图5的装置，可方便、快速地实现上述控制装置。图6示出，本例连续导电模式双滞环脉冲序列控制装置的装置，由变换器TD和开关管S的控制装置组成。

本例的装置其工作过程和原理是：

控制装置采用电压型解耦电流型控制的工作过程和原理是：图1～图5示出，将三相输入电压ua、ub、uc进行变换得到两相旋转坐标系下的电压ud、uq，对ud利用滤波器FILTER进行处理，得到正序电压Ud，Ud和三角余弦变换器COS经过第一乘法器MUL1得到信号uα，Ud和三角正弦变换器SIN经过第二乘法器MUL2得到信号uβ，将输出电压Ubus反馈回来经过比例积分器PI得到信号Uc，将Uc和uα经过第一计算器CAL1得到信号iα，将Uc和uβ经过第二计算器CAL2得到信号iβ，将信号iα和iβ送入SVPWM调制模块，得到扇区内对应的开关导通时间。

本例的变换器TD为三相Buck变换器。用Matlab仿真软件对本例的方法进行时域仿真分析，结果如下。

图6为采用本实用新型实施例一和未加入不平衡控制方案时的三相Buck变换器三相输入相位不平衡时，输入电流的仿真波形示意图，分图(a)、(b)分别对应本实用新型实施例一和未加入不平衡控制方案。从图中可以看出，采用本实用新型的三相Buck变换器工作在三相输入不平衡时电流THD为1.4％；未加入不平衡控制方案时，输入电流THD为2.8％。由上述仿真结果分析可知，三相不平衡条件下，使用本实用新型控制方案的输入电流THD比不采用不平衡处理的控制方案的输入电流THD低接近一倍。仿真条件：输入电压Vin＝220Vac，电压基准值Vref＝6V，第一电容电流基准值Iref1＝1.875A、第二电容电流基准值Iref2＝2A，电感Lo＝750μH、LoP＝382μH、LoN＝382μH、Lfa＝55μH、Lfb＝55μH、Lfc＝55μF，电容Co＝47μF、Cfa＝2.2μF、Cfb＝2.2μF、Cfc＝2.2μF，开关频率f＝150kHz、负载电阻Ro＝150Ω。

本实用新型除可用于以上实施例中的开关变换器外，也可用于三相boost整流器等多种电路拓扑中。

Claims (4)

1.一种三相整流器电压型解耦电流型控制装置，由第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、第三电压检测电路VS3、第四电压检测电路VS4、非线性电压解耦器DE、滤波器FILTER、基准校正器SP、第一乘法器MUL1、第二乘法器MUL2、三角正弦变换器SIN、三角余弦变换器COS、第一计算器CAL1、第二计算器CAL2、第一减法器SUB1、比例-积分器PI、矢量宽度调制器SVPWM、第一驱动电路DR1、第二驱动电路DR2、第三驱动电路DR3、第四驱动电路DR4、第五驱动电路DR5、和第六驱动电路DR6组成；所述的第一电压检测电路VS1、第二电压检测电路VS2、第三电压检测电路VS3均与非线性电压解耦器DE相连；非线性电压解耦器DE的输出信号ud与滤波器FILTER相连；非线性电压解耦器DE的输出信号uq与基准校正器SP相连；基准校正器的输出信号wt分别与三角正弦变换器SIN、三角余弦变换器COS相连；滤波器FILTER的输出信号Ud和三角余弦变换器COS的输出信号wtc均与第一乘法器MUL1相连；滤波器FILTER的输出信号Ud和三角正弦变换器SIN的输出信号wts均与第二乘法器MUL2相连；三角余弦变换器COS的输出信号wtc和三角正弦变换器SIN的输出信号wts均与非线性电压解耦器DE相连；第四电压检测电路VS4、第一减法器SUB1和比例-积分器PI依次相连；第一减法器MUL1和比例积分器PI与第一计算器CAL1相连；第二减法器和比例积分器PI与第二计算器CAL2相连；第一计算器CAL1和第二计算器CAL2与矢量宽度调制器SVPWM相连；矢量宽度调制器SVPWM的输出分别与第一驱动电路DR1、第二驱动电路DR2、第三驱动电路DR3、第四驱动电路DR4、第五驱动电路DR5、和第六驱动电路DR6相连。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述的非线性电压解耦器DE的具体组成为：由第一解耦变换器Clark和第二解耦变换器Park组成；检测到的三相输入电压ua、ub、uc与第一解耦变换器Clark相连；第一解耦变换器Clark与第二解耦变换器Park相连。

3.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述的第一计算器CAL1的具体组成为：由第二减法器SUB2和第三乘法器MUL3组成；第一乘法器MUL1的输出信号uα和第一解耦变换器Clark的输出信号uα0与第二减法器SUB2相连；第二减法器SUB2和比例积分器PI的输出Uc与第三乘法器MUL3相连。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的第二计算器CAL2的具体组成为：由第三减法器SUB3和第四乘法器MUL4组成；第二乘法器MUL2的输出信号uβ和第一解耦变换器Clark的输出信号uβ0与第三减法器SUB3相连；第三减法器SUB3和比例积分器PI的输出Uc与第四乘法器MUL4相连。

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