采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)的多脈波整流器及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)的多脈波整流器及其設(shè)計(jì)方法，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]整流器是廣泛應(yīng)用的一類電力電子裝置。然而，由于整流器件的強(qiáng)非線性，整理器產(chǎn)生了大量諧波，這將降低整流器的功率因數(shù)，并引起交流電壓畸變等后果。
[0003]總體而言，現(xiàn)有技術(shù)中解決整流器諧波污染問(wèn)題的基本思路主要有兩種，第一種是被動(dòng)型諧波抑制，主要是在電力系統(tǒng)或諧波負(fù)載的交流側(cè)加裝無(wú)源濾波器、有源濾波器或者混合濾波器等裝置對(duì)電流實(shí)施諧波補(bǔ)償。然而，在很多場(chǎng)合，濾波器的功率等級(jí)與整流器的功率等級(jí)相差不大，這種補(bǔ)償方式不僅會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的成本、加大系統(tǒng)損耗，還會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)這種補(bǔ)償措施是被動(dòng)性的，是在諧波產(chǎn)生后再進(jìn)行抑制，此時(shí)諧波對(duì)系統(tǒng)的影響已經(jīng)產(chǎn)生；第二種是主動(dòng)型諧波抑制方案，主要針對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改進(jìn)，使其不產(chǎn)生諧波，或根據(jù)需要對(duì)其功率因數(shù)進(jìn)行控制；一般又可以將主動(dòng)型諧波抑制方案分為兩類。第一類采用PWM整流器來(lái)進(jìn)行改進(jìn)，目前已經(jīng)大量運(yùn)用。第二類主要采用多脈波變流技術(shù)。多脈波整流技術(shù)通過(guò)移相多重聯(lián)結(jié)多個(gè)全橋或半橋整流電路對(duì)同一負(fù)載供電，使一個(gè)整流橋產(chǎn)生的諧波可被其他整流橋產(chǎn)生的諧波所抵消。相比較于PWM整流器，MPR具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已在高壓直流輸電和飛機(jī)整流器等大功率整流系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。
[0004]在理論上，多脈波整流器的脈波數(shù)越多，對(duì)諧波的抑制效果越好。但是，脈波數(shù)越多，多脈波整流器所用移相變壓器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，體積越大。另外，現(xiàn)有多脈波整流器多采用二極管作為整流器件，這將整流器的輸出電壓不可控，不利于擴(kuò)展多脈波整流器的應(yīng)用場(chǎng)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了抑制多脈波整流器輸入電流中的諧波，并使多脈波整流器的輸出電壓可控，本發(fā)明提供了一種采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)的多脈波整流器。
[0006]本發(fā)明所述的采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)的多脈波整流器及其設(shè)計(jì)方法，它包括角/角/星形連接的隔離變壓器、第一組三相橋式整流電路、第二組三相橋式整流電路、第一組升壓斬波電路、第二組升壓斬波電路、同步電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路。
[0007]角/角/星形連接的隔離變壓器包含9個(gè)繞組，其中原邊3個(gè)繞組角形聯(lián)結(jié)，組成輸入繞組，輸入繞組與三相輸入電壓相連；副邊的3個(gè)繞組角形聯(lián)結(jié)，組成第一組輸出繞組；副邊的另外3個(gè)繞組星形聯(lián)結(jié)，組成第二組輸出繞組；第一組輸出繞組與第二組輸出繞組輸出兩組存在30°相位差的三相電壓。
[0008]第一組三相橋式整流電路的輸入端與第一組輸出繞組相連，第二組三相橋式整流電路的輸入端與第二組輸出繞組相連；第一組三相橋式整流電路的輸出端和第一組升壓斬波電路的輸入端相連，第二組三相橋式整流電路的輸出端和第二組升壓斬波電路的輸入端相連，第一組升壓斬波電路的輸出端與第二組升壓斬波電路的輸出端均連至同一個(gè)電容器，負(fù)載再與電容器并聯(lián)。
[0009]本發(fā)明所述的基于上述系統(tǒng)的諧波抑制方法，它將負(fù)載連接在所述諧波抑制系統(tǒng)的正極輸出端和諧波抑制系統(tǒng)的負(fù)極輸出端之間，它的諧波抑制方法為:由同步電路采集多脈波整流系統(tǒng)的線電壓信號(hào)，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換產(chǎn)生三角波信號(hào)，由控制電路將此三角波信號(hào)與負(fù)載電壓信號(hào)和給定的負(fù)載電壓信號(hào)之間的差值相乘，產(chǎn)生參考電感電流信號(hào)；參考電感電流信號(hào)與第一組升壓斬波電路的電感電流作差，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)后，送入PWM信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生第一路PWM信號(hào)，PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制第一組升壓斬波電路的絕緣柵雙極晶體管；參考電感電流信號(hào)與第二組升壓斬波電路的電感電流作差，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)后，送入PWM信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生第二路PWM信號(hào)，PffM信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制第二組升壓斬波電路的絕緣柵雙極晶體管；通過(guò)上述控制方法，使得第一組升壓斬波電路與第二組升壓斬波電路的電流值為負(fù)載電流值的0.5倍，實(shí)現(xiàn)對(duì)多脈波整流系統(tǒng)的諧波控制。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在整流系統(tǒng)的直流側(cè)抑制交流側(cè)輸入電流諧波，采用角/角/星形連接變壓器為隔離變壓器，可以過(guò)濾三次諧波，減少干擾信號(hào)，提高系統(tǒng)的安全性，并且諧波抑制電路簡(jiǎn)單常見(jiàn)，易于實(shí)現(xiàn)，減小了原有多脈波整流系統(tǒng)的諧波含量，由于升壓斬波電路的特性，具有多脈波整流系統(tǒng)輸出電壓可調(diào)的特點(diǎn)，增大了該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)采用的角/角/星形連接隔離變壓器的繞組結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖3為實(shí)施方式五所述的本發(fā)明方法的工作過(guò)程的曲線圖。
[0014]圖4為?ο到段的電路工作狀態(tài)示意圖。
[0015]圖5為?!到?2段的電路工作狀態(tài)示意圖。
[0016]圖6為?3到?4段的電路工作狀態(tài)示意圖。
[0017]圖7為?4到?5段的電路工作狀態(tài)示意圖。
[0018]圖1至圖7中ia、ib、i。為相電流，in i2、i3為角/角/星形連接隔離變壓器輸入繞組電流，ial、ibl、icn乙、Λ2、乙為角/角/星形連接隔離變壓器輸出繞組電流，即兩組三相橋式整流電路的輸入電流，iu為第一組升壓斬波電路中的電感電流，4為第二組升壓斬波電路中的電感電流，i。為負(fù)載電流，y。為負(fù)載兩端的電壓。
【具體實(shí)施方式】
[0019]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式所述的采用角/角/星形連接隔離變壓器的直流側(cè)諧波抑制系統(tǒng)，角/角/星形連接的隔離變壓器1、第一組三相橋式整流電路2、第二組三相橋式整流電路3、第一組升壓斬波電路4、第二組升壓斬波電路5、同步電路6、控制電路7、驅(qū)動(dòng)電路8 ;角/角/星形連接的隔離變壓器I的輸入繞組采用角形連接，與三相交流電壓K、ub、%相連；第一組三相橋式整流電路2分別與星形連接自耦變壓器I的輸出繞組S1、繞組A、繞組A相連；第二組三相橋式整流電路3分別與星形連接自耦變壓器I的輸出繞組a2、繞組4、繞組C2相連；第一組三相橋式整流電路2的輸出端分別與第一組升壓斬波電路4中的電感器4和電感器A2相連，電感器AjP電感器A2連至絕緣柵雙極晶體管5；，即電感器4和電感器A2通過(guò)5；并聯(lián)，絕緣柵雙極晶體管5；兩端同時(shí)又分別連接二極管^31的陽(yáng)極和二極管的陰極，第一組升壓斬波電路4中的電容器和負(fù)載并聯(lián)后再與二極管^31的陰極和二極管的陽(yáng)極相連；第二組三相橋式整流電路3的輸出端分別與第二組升壓斬波電路5中的電感器Z2I和電感器4相連，電感器4l和電感器42連至絕緣柵雙極晶體管S，即電感器4和電感器Z22相連通過(guò)絕緣柵雙極晶體管&并聯(lián)，絕緣柵雙極晶體管S兩端同時(shí)又分別連接二極管^41的陽(yáng)極和二極管A2的陰極，二極管忍:的陰極和二極管A2的陽(yáng)極連至第一組升壓斬波電路4中的電容器和負(fù)載兩端。
[0020]本實(shí)施方式所述的采用角/角/星形連接隔離變壓器的直流側(cè)諧波抑制系統(tǒng)，采用角/角/星形連接的隔離變壓器I為隔離變壓器，可以過(guò)濾三次諧波，減少干擾信號(hào)，提高系統(tǒng)的安全性，并且諧波抑制電路簡(jiǎn)單常見(jiàn)，易于實(shí)現(xiàn)，減小了原有多脈波整流系統(tǒng)的諧波含量，由于升壓斬波電路的特性，具有多脈波整流器輸出電壓可調(diào)的特點(diǎn)，適用于大功率可調(diào)壓整流電路。
[0021]【具體實(shí)施方式】二:下面結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一的進(jìn)一步限定，所述隔離變壓器為角/角/星形連接，所述角/角/星形連接的隔離變壓器I由繞組a、繞組A、繞組C、繞組S1、繞組4、繞組C1、繞組a2、繞組A2、繞組C2等九個(gè)繞組組成；繞組a、繞組&繞組c為星形連接自耦變壓器I的輸入繞組，采用角形連接；繞組兩、繞組A、繞組A、繞組a2、繞組A2、繞組C2為角/角/星形連接隔離變壓器I的輸出繞組，繞組兩、繞組A、繞組C1采用角形連接，繞組a2、繞組A2、繞組^2采用星形連接；繞組a、繞組兩和繞組a2位于同一磁芯柱上，繞組A、繞組A和繞組A位于同一磁芯柱上，繞組C、繞組C1和繞組C2位于同一磁芯柱上；本實(shí)施方式采用角/角/星形連接的隔離變壓器I為隔離變壓器，可以濾除三次諧波，減少干擾信號(hào)，提高系統(tǒng)的安全性。
[0022]【具體實(shí)施方式】三:下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一的進(jìn)一步限定，所述第一組三相橋式整流電路2為不可控整流電路，所述第二組三相橋式整流電路3為不可控整流電路。
[0023]【具體實(shí)施方式】四:下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一的進(jìn)一步限定，所述第一組升壓斬波電路由第一一電感器A1、第一二電感器A2、第一絕緣柵雙極晶體管5；、第三一二極管屯、第三二二極管A2、第零電容器G組成；
第電感器Al—端與第二極管Al、第一三二極管A;?、第一五二極管As的陰極連接，另一端與第一絕緣柵雙極晶體管5；的漏極(D極)相連，第一二電感器zi2—端與第二四二極管、第二六二極管A6、第二二二極管的陽(yáng)極連接，另一端與第一個(gè)絕緣柵雙極晶體管5；的源極(S極)相連，即電感器4和電感器4通過(guò)絕緣柵雙極晶體管并聯(lián)，第一個(gè)絕緣柵雙極晶體管5；兩端同時(shí)又分別連接第三一二極管031的陽(yáng)極和第三二二極管A2的陰極，第零電容器G和負(fù)載并聯(lián)后再與第三一二極管031的陰極和第三二二極管從2的陽(yáng)極；所述第二組升壓斬波電路由第二一電感器Z21、第二二電感器Z22、第二絕緣柵雙極晶體管S2、第四一二極管凡、第四二二極管4、第零電容器G組成；第二一電感器Z21—端與第二一二極管O21、第二三二極管A3、第二五二極管的陰極連接，另一端與第二絕緣柵雙極晶體管的漏極(D極)相連，第二二電感器Z22—端與第二四二極管、第二六二極管A6、第二二二極管屯的陽(yáng)極連接，另一端與第二個(gè)絕緣柵雙極晶體管S的源極(s極)相連，即第二一電感器4和第二二電感器42通過(guò)第二個(gè)絕緣柵雙極晶體管S并聯(lián)，第二個(gè)絕緣柵雙極晶體管S兩端同時(shí)又分別連接第四一二極管^41的陽(yáng)極和第四二二極管^42的陰極，第零電容器G和負(fù)載并聯(lián)后再與第四一二極管^41的陰極和第四二二極管^42的陽(yáng)極；本實(shí)施方式升壓斬波電路中的絕緣柵雙極晶體管可以用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)代替，適用于大功率整流系統(tǒng)。
[0024]【具體實(shí)施方式】五:下面結(jié)合圖1，圖3至圖7