基于三相pwm整流與多單元不控整流的混合變換系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三相整流技術(shù)，尤其涉及基于三相電壓型PWM整流與多單元不控整流的混合AC/DC變換系統(tǒng)，屬于電力電子交流技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)及經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)大功率電源的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的大功率電源諧波大功率因數(shù)低，不僅對(duì)電網(wǎng)有較大影響同時(shí)會(huì)造成較大的損耗，為了實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)常采用有源濾波器、PFC、三相電壓型PWM整流器；其中三相電壓型PWM整流器可以從根源上消除輸入電流諧波，且具有單位功率因數(shù)而受到當(dāng)前電力電子領(lǐng)域廣泛關(guān)注，但是由于其成本過(guò)高，多機(jī)并聯(lián)存在環(huán)流等技術(shù)難關(guān)而無(wú)法普及使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有改善大功率電源諧波及功率因數(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種穩(wěn)定可靠成本低廉低電流諧波單位功率因數(shù)的大功率混合AC/DC變換系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明為達(dá)到上述目的，所采用的技術(shù)方案如下:
基于三相電壓型PWM整流與多單元不控整流的混合AC/DC變換系統(tǒng)，包括:三相電抗器、三相電壓型PWM整流模塊、N單元三相不可控整流橋模塊組、電容、DSP控制電路。所述的三相電抗器一端與三相電網(wǎng)連接，另一端分別與三相電壓型PWM整流模塊橋臂的中點(diǎn)及各三相不可控整流橋模塊橋臂的中點(diǎn)連接，即三相電壓型PWM整流模塊同N單元三相不可控整流橋模塊組的輸入端并聯(lián)連接；所述的三相電壓型PWM整流模塊采用六開(kāi)關(guān)三相半橋式電路拓?fù)?；所述的三相不控整流器模塊組的各個(gè)模塊均由三相二極管整流橋模塊組成。
[0005]所述變換系統(tǒng)的輸出有多種可選工作模式:(I)所述的N單元三相不可控整流橋模塊組中各三相不控整流橋模塊的輸出端均與同一個(gè)負(fù)載RL和電容CL相連實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，而三相電壓型PWM整流模塊不帶負(fù)載工作，三相電壓型PWM整流模塊輸出僅與電容CO相連；
(2)所述的N單元三相不可控整流橋模塊組中各三相不控整流橋模塊的輸出端均與同一個(gè)負(fù)載RL和電容CL相連實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，而三相電壓型PWM整流模塊帶負(fù)載工作，此時(shí)三相電壓型PWM整流模塊的輸出與電容CO、負(fù)載R*并聯(lián)；(3)所述的N單元三相不可控整流橋模塊組中各三相不控整流橋模塊的輸出端各自獨(dú)立帶負(fù)載(R1...RN)，每個(gè)負(fù)載分別與電容(Cl...CN)并聯(lián)，而三相電壓型PWM整流模塊不帶負(fù)載工作，三相電壓型PWM整流模塊的輸出僅與電容CO相連；(4)所述的N單元三相不可控整流橋模塊組中各三相不控整流橋模塊的輸出端各自獨(dú)立帶負(fù)載(R1...RN)，每個(gè)負(fù)載分別與電容(Cl...CN)并聯(lián)，而三相電壓型PWM整流模塊帶負(fù)載工作，此時(shí)三相電壓型PWM整流模塊的輸出與電容CO、負(fù)載R*并聯(lián)。
[0006]所述三相電抗器的電感量可根據(jù)系統(tǒng)諧波及功率的要求選擇，作為優(yōu)選其范圍為
0.1mH-L 5mH ;所述的電容的電容值根據(jù)系統(tǒng)輸出電壓紋波的要求選擇，作為優(yōu)選其范圍為
2000uf~6000ufo
[0007]用于上述所述的基于三相電壓型PWM整流與多單元不控整流的混合AC/DC變換系統(tǒng)控制方法是:(a)利用鎖相電路得到a相電網(wǎng)ea的過(guò)零點(diǎn)，DSP根據(jù)a相電網(wǎng)ea的過(guò)零點(diǎn)實(shí)時(shí)計(jì)算電網(wǎng)周期，并以此更改控制周期，同時(shí)根據(jù)a相電網(wǎng)ea的過(guò)零點(diǎn)計(jì)算三相輸入電網(wǎng)電壓值(ea、eb、ec) ; (b)利用電流霍爾傳感器分別采樣三相電抗器的輸入電流值(ia、ib、ic)、采用分壓法采樣三相電壓型PWM整流模塊直流側(cè)電容CO兩端的直流電壓值U*，并通過(guò)調(diào)理運(yùn)放電路轉(zhuǎn)換為0~3V電壓；(c) DSP控制電路根據(jù)采樣值((a)和(b)得到的)進(jìn)行控制計(jì)算，具體控制方法可采用常用的前饋解耦控制、電流預(yù)測(cè)控制、模糊控制來(lái)實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)控制；在所述的幾種工作模式及不同的功率輸出級(jí)別下，可采用同樣的控制方法，不需單獨(dú)調(diào)整，簡(jiǎn)單易行。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、成本低、且效率高；
本系統(tǒng)只需要控制一個(gè)三相電壓型PWM整流模塊，根據(jù)工作的需求增減并聯(lián)的三相不控整流模塊即可，成本低，效率高。
[0009]2、實(shí)現(xiàn)三相不控整流模塊直流側(cè)輸出電壓的可控性；
本系統(tǒng)通過(guò)控制交流側(cè)電抗器輸入電流來(lái)控制三相電壓型PWM整流模塊輸入側(cè)電壓，從而實(shí)現(xiàn)三相電壓型PWM整流模塊直流側(cè)輸出電壓的可控。由于本系統(tǒng)三相電壓型PWM整流模塊與N單元三相不控整流模塊組的輸入端并聯(lián)連接，則可實(shí)現(xiàn)N單元三相不控整流模塊組直流側(cè)輸出電壓的可控。
[0010]3、輸入單位功率因數(shù)；
本系統(tǒng)通過(guò)三相電壓型PWM整流模塊直接控制交流側(cè)電抗器輸入電流，間接控制三相電壓型PWM整流模塊交流輸入側(cè)電流，從而調(diào)整三相電壓型PWM整流模塊對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功功率補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)交流輸入側(cè)單位功率因數(shù)運(yùn)行。
[0011]4、系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，不存在環(huán)流。
[0012]本系統(tǒng)中含有三相不控整流模塊，由于二極管的單相導(dǎo)電性，系統(tǒng)不可能產(chǎn)生環(huán)流。由于系統(tǒng)只需要控制一個(gè)三相電壓型PWM整流模塊，跟現(xiàn)有系統(tǒng)需要控制兩個(gè)及以上三相電壓型PWM整流模塊相比更加可靠穩(wěn)定。
[0013]
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1a是本發(fā)明的基于三相電壓型PWM整流與多單元不控整流的混合AC/DC變換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖1b為三相電壓型PWM整流模塊結(jié)構(gòu)圖；
圖1c為三相不控整流模塊單元結(jié)構(gòu)圖；
圖1d為N單元三相不控整流橋模塊組各自帶負(fù)載的結(jié)構(gòu)圖；
圖1e為三相電壓型PWM整流模塊帶負(fù)載的結(jié)構(gòu)圖；
圖2a~圖2c分別是工作在模式(一)時(shí)的matlab仿真輸出電壓U* (三相電壓型PWM整流模塊直流側(cè)輸出電壓)、Uo (N單元三相不控整流橋模塊組并聯(lián)時(shí)直流側(cè)輸出電壓)和輸入電壓ea (電網(wǎng)a相電壓)、輸入電流ia (交流輸入a相電流)的效果圖。
[0015]圖3&~圖3c分別是工作在模式(二)時(shí)的matlab仿真輸出電壓U* (三相電壓型PWM整流模塊直流側(cè)輸出電壓)、Uo (N單元三相不控整流橋模塊組并聯(lián)時(shí)直流側(cè)輸出電壓)和輸入電壓ea (電網(wǎng)a相電壓)、輸入電流ia (交流側(cè)a相輸入電流)的效果圖。
[0016]圖4&~圖4c分別是工作在模式(三)時(shí)的matlab仿真輸出電壓U* (三相電壓型PWM整流模塊直流側(cè)輸出電壓)、UoN (N單元三相不控整流橋模塊直流側(cè)各自輸出電壓)和輸入電壓ea (電網(wǎng)a相電壓)、輸入電流ia (交流側(cè)a相輸入電流)的效果圖。
[0017]圖5&~圖5c分別是工作在模式(四)時(shí)的matlab仿真輸出電壓U* (三相電壓型PWM整流模塊直流側(cè)輸出電壓)、UoN (N單元三相不控整流橋模塊直流側(cè)各自輸出電壓)和輸入電壓ea (電網(wǎng)a相電壓)、輸入電流ia (交流側(cè)a相輸入電流)的效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)不限于此，以下若有未特別詳細(xì)說(shuō)明之處，均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。
[0019]基于三相電壓型PWM整流與多單元不控整流的混合AC/DC變換系統(tǒng)，如圖1所示，包括:三相電抗器L、三相電壓型PWM整流電路、N單元三相不可控整流橋模塊組、電容(CO、CL、Cl...CN)、DSP控制電路，N彡I。所述的三相電抗器一端與三相電網(wǎng)連接，另一端(A、B、C)分別與三相電壓型PWM整流模塊橋臂的中點(diǎn)及各三相不可控整流橋模塊組橋臂的中點(diǎn)連接，即三相電壓型PWM整流模塊與N單元三相不可控整流橋模塊組的輸入端并聯(lián)連接；所述的三相電壓型PWM整流模塊采用六開(kāi)關(guān)三相半橋式電路拓?fù)?；所述的三相不控整流器模塊組的各個(gè)模塊均由三相二極管整流橋模塊組成。
[0020]所述的變換系統(tǒng)的輸出有多種可選工作模式:(I)所述的N單元三相不可控整流橋模塊組中各三相不控整流橋模塊的輸出端均與同一個(gè)負(fù)載RL和電容CL相連實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，而三相電壓型PWM整流模塊不帶負(fù)載工作，三相電壓型PWM整流模塊輸出僅與電容CO相連；(2)所述的N單元三相不可控整流橋模塊組中各三相不控整流橋模塊的輸出端均與同一個(gè)負(fù)