單相四象限整流器的脈沖控制方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及信號控制技術，尤其涉及一種單相四象限整流器的脈沖控制方法、裝置及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在我國的鐵路系統(tǒng)中大部分采用的是單相25KV供電機制，通過接觸網(wǎng)向機車供電，經(jīng)鋼軌回流。由于25KV電壓過高，并且只有單相，無法直接用于電機控制，所以在機車上會有一個整流裝置，由于該整流裝置是單相的，能工作于四個象限，能量能雙向流動，即能夠進行能量回饋，所以該整流裝置簡稱單相四象限整流器。單相25KV經(jīng)過變壓器再經(jīng)過單相四象限整流器，會得到一個穩(wěn)定的直流電壓，該直流電壓稱為中間電壓，牽引逆變器和輔助逆變器再將這個穩(wěn)定的中間電壓逆變成各自需要的交流電壓。
[0003]圖1為現(xiàn)有的單相四象限整流器的脈沖控制電路結構示意圖。如圖1所示，單相四象限整流器10包括:第一橋臂11和第二橋臂12，其中，第一橋臂11包括第一絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,簡稱 IGBT) 13 和第二 IGBT14,第二橋臂12包括第三IGBT15和第四IGBT16?？刂蒲b置17將4路脈沖寬度調(diào)制(Pulse WidthModulat1n,簡稱PWM)信號分別輸入至第一 IGBT13、第二 IGBT14、第三IGBT15和第四IGBT16的門極，并根據(jù)脈沖周期t控制4路PWM信號的電壓(高電平或低電平)，使得4個IGBT周期性導通，其中，輸入至第一 IGBT13和第二 IGBT14的2個PWM信號互補(即任一時刻，2個PWM信號中一個為高電平而另一個為低電平)，輸入至第三IGBT15和第四IGBT16的2個PWM信號互補，使得單相四象限整流器10輸出穩(wěn)定的中間電壓。每個脈沖周期t結束后，控制裝置17計算一次脈沖占空比S，以控制4個IGBT在下一個脈沖周期t內(nèi)的導通或截止時間，即在電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)，每個IGBT的開關頻率為f=l/t，控制裝置17的控制頻率為f=l/t。
[0004]但是，現(xiàn)有技術存在如下缺陷:受IGBT本身特性的限制，IGBT在單位時間內(nèi)的散熱量有限，而IGBT的散熱量與IGBT的開關頻率正相關，因此使得IGBT在單位時間內(nèi)的開關頻率有限，進而使得控制裝置的控制頻率有限，控制裝置的控制精度較低，不利于單相四象限整流器輸出穩(wěn)定的中間電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種單相四象限整流器的脈沖控制方法、裝置及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術中存在的控制裝置的控制頻率有限，控制裝置的控制精度較低，不利于單相四象限整流器輸出穩(wěn)定的中間電壓的問題。
[0006]一方面，本發(fā)明提供了一種單相四象限整流器的脈沖控制方法，包括:
[0007]實時檢測電網(wǎng)電壓的相位；
[0008]在所述電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)，若檢測到所述電網(wǎng)電壓的相位大于0，則根據(jù)脈沖周期控制單相四象限整流器的第一橋臂的第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT和所述第一橋臂的第二 IGBT周期性導通，且當所述第一 IGBT截止時所述第二 IGBT導通，當所述第一 IGBT導通時所述第二 IGBT截止；以及控制所述單相四象限整流器的第二橋臂的第三IGBT截止且所述第二橋臂的第四IGBT截止；所述脈沖周期為T=l/2f，其中，T為所述脈沖周期，f為所述IGBT在所述電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)的開關頻率，f小于或者等于所述IGBT在所述電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)的開關頻率閾值F ;
[0009]在所述電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)，若檢測到所述電網(wǎng)電壓的相位小于或者等于0，則根據(jù)所述脈沖周期控制所述第三IGBT和所述第四IGBT周期性導通，且當所述第三IGBT截止時所述第四IGBT導通，當所述第三IGBT導通時所述第四IGBT截止；以及控制所述第一IGBT截止且所述第二 IGBT截止。
[0010]另一方面，本發(fā)明還提供了一種單相四象限整流器的脈沖控制裝置，包括:
[0011]檢測單元，用于實時檢測電網(wǎng)電壓的相位；
[0012]控制單元，用于在所述電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)，若所述檢測單元檢測到所述電網(wǎng)電壓的相位大于0，則根據(jù)脈沖周期控制單相四象限整流器的第一橋臂的第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT和所述第一橋臂的第二 IGBT周期性導通，且當所述第一 IGBT截止時所述第二IGBT導通，當所述第一 IGBT導通時所述第二 IGBT截止；以及控制所述單相四象限整流器的第二橋臂的第三IGBT截止且所述第二橋臂的第四IGBT截止；所述脈沖周期為T=l/2f，其中，T為所述脈沖周期，f為所述IGBT在所述電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)的開關頻率，f小于或者等于所述IGBT在所述電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)的開關頻率閾值F ;或者，
[0013]用于在所述電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)，若所述檢測單元檢測到所述電網(wǎng)電壓的相位小于或者等于0，則根據(jù)所述脈沖周期控制所述第三IGBT和所述第四IGBT周期性導通，且當所述第三IGBT截止時所述第四IGBT導通，當所述第三IGBT導通時所述第四IGBT截止；以及控制所述第一 IGBT截止且所述第二 IGBT截止。
[0014]另一方面，本發(fā)明還提供了一種單相四象限整流器的脈沖控制系統(tǒng)，包括:單相四象限整流器和如上所述的單相四象限整流器的脈沖控制裝置。
[0015]本發(fā)明提供的單相四象限整流器的脈沖控制方法、裝置及系統(tǒng)，在所述電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)，當電網(wǎng)電壓的相位大于O時，根據(jù)脈沖周期T控制單相四象限整流器的第一橋臂的兩個IGBT周期性導通，第二橋臂的兩個IGBT截止。當電網(wǎng)電壓的相位小于或者等于O時，根據(jù)脈沖周期T控制第二橋臂的兩個IGBT周期性導通，第一橋臂的兩個IGBT截止。且脈沖周期T=l/2f，f為IGBT在電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)的開關頻率(f小于或者等于IGBT在電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)的開關頻率閾值F)，即IGBT在電網(wǎng)電壓的一個半周期內(nèi)的開關頻率為1/T=2f，在電網(wǎng)電壓的另一個半周期內(nèi)的開關頻率為0，因此IGBT在電網(wǎng)電壓的一個整周期內(nèi)的開關頻率為f，控制裝置的控制頻率為1/T=2f，實現(xiàn)了在電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)，在不改變IGBT在電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)的開關頻率f (小于或者等于其在電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)的開關頻率閾值F)的情況下，控制裝置的控制頻率2f相比于現(xiàn)有技術中控制裝置的控制頻率f提高了一倍，從而提高了控制裝置的控制精度，有利于單相四象限整流器輸出穩(wěn)定的中間電壓，同時提高了控制裝置的動態(tài)響應速度。
【附圖說明】
[0016]圖1為現(xiàn)有的單相四象限整流器的脈沖控制電路結構示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明提供的單相四象限整流器的脈沖控制方法一個實施例的流程示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明提供的單相四象限整流器的脈沖控制裝置一個實施例的結構示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明提供的單相四象限整流器的脈沖控制系統(tǒng)一個實施例的結構示意圖；
[0020]圖5為圖4所示實施例的單相四象限整流器的脈沖控制系統(tǒng)的一種實現(xiàn)場景的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面通過具體的實施例及附圖，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
[0022]圖2為本發(fā)明提供的單相四象限整流器的脈沖控制方法一個實施例的流程示意圖。本實施例采用的電路圖仍為圖1所示的電路圖，如圖1、圖2所示，該方法具體可以包括:
[0023]S201，實時檢測電網(wǎng)電壓的相位。
[0024]具體的，可以通過電壓傳感器實時檢測電網(wǎng)電壓的相位。在電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)，若檢測到電網(wǎng)電壓的相位大于0，則執(zhí)行步驟S202 ;若檢測到電網(wǎng)電壓的相位小于或者等于0，則執(zhí)行步驟S203。
[0025]S202，在電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)，若檢測到電網(wǎng)電壓的相位大于0，則根據(jù)脈沖周期控制單相四象限整流器10的第一橋臂11的第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT13和第一橋臂11的第二 IGBT14周期性導通，且當?shù)谝?IGBT13截止時第二 IGBT14導通，當?shù)谝?IGBT13導通時第二 IGBT14截止；以及控制單相四象限整流器10的第二橋臂12的第三IGBT15截止且第二橋臂的第四IGBT16截止；脈沖周期為T=l/2f，其中，T為脈沖周期，f為IGBT在電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)的開關頻率，f小于或者等于所述IGBT在所述電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)的開關頻率閾值F。
[0026]具體的，在電網(wǎng)電壓一個周期內(nèi)，若步驟S201中檢測到電網(wǎng)電壓的相位大于0，則控制裝置17向單相四象限整流器10的第一橋臂11的兩個IGBT (第一 IGBT13和第二IGBT14)的門極分別輸入一路脈沖周期為T的PWM脈沖信號，以控制這兩個IGBT周期性導通或截止，即每隔一個脈沖周期T，第一橋臂11的兩個IGBT導通或截止一次。且輸入至這兩個IGBT的兩路PWM脈沖信號互補，即任一時刻，2路PWM信號中一路為高電平而另一路為低電平，使得這兩個IGBT的開關狀態(tài)相反，即當?shù)谝?IGBT13截止時第二 IGBT14導通，當?shù)谝?IGBT13導通時第二 IGBT14截止。同時控制裝置17向單相四象限整流器10的第二橋臂12的兩個IGBT (