專利名稱：三相高功率因數(shù)pwm整流器控制方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三相整流技術(shù)，尤其涉及一種三相高功率因數(shù)PWM整流器控制方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
三相整流器是用來把三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電的一個裝置。三相整流器作為電能轉(zhuǎn)換的前級設(shè)備，普遍安裝在電源的前端。目前國內(nèi)普通采用的整流方式有不控整流、三相半波可控整流及三相橋式全控整流，其中，不控整流的電流波形畸變明顯、諧波含量很大和功率因數(shù)低，嚴(yán)重干擾用電網(wǎng)絡(luò)。另外，現(xiàn)有三相整流器的控制電路是通過模擬電路來實現(xiàn)的，例如信號檢測、電壓環(huán)控制及電流環(huán)控制都是用模擬電路構(gòu)建控制電路。但使用時間、溫度、濕度、振動等外界環(huán)境對模擬電路影響較大，同時，此類電路較復(fù)雜，絕大多數(shù)電路使用分立元器件組裝，導(dǎo)致控制電路可靠性低。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種三相高功率因數(shù)PWM整流器控制方法和系統(tǒng)，以解決交流輸入側(cè)波形畸變嚴(yán)重、諧波含量大、功率因數(shù)低、控制電路可靠性差的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種三相高功率因數(shù)PWM整流器控制方法，包括如下步驟，(11)將三相交流電其中的兩相輸入電流信號解耦為網(wǎng)側(cè)有功分量與網(wǎng)側(cè)無功分量；(12)將直流輸出的電壓值和電流值通過電壓外環(huán)滑模變結(jié)構(gòu)控制算法計算得出目標(biāo)有功分量與目標(biāo)無功分量；(13)再將網(wǎng)側(cè)有功分量、網(wǎng)側(cè)無功分量、目標(biāo)有功分量以及目標(biāo)無功分量通過電流內(nèi)環(huán)控制得出α β坐標(biāo)下的變量；(14)將前述α β坐標(biāo)下的變量用空間矢量算法計算從而得到用于控制整流器內(nèi)功率開關(guān)管的脈寬調(diào)制波。在步驟(11)中，是將交流電信號作abc坐標(biāo)到dq坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，得到dq坐標(biāo)下的網(wǎng)側(cè)有功分量與網(wǎng)側(cè)無功分量。在步驟(11)前還包括步驟(10)，將三相交流電其中兩相電流和整流后的直流電壓及電流經(jīng)檢測、調(diào)整、濾波后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將AC相電壓調(diào)整為過零信號作為相位角參考點。在步驟(10)中進(jìn)一步將所述四種數(shù)字信號通過計算還原為實際值。
Id = if * (Ia*SINTABLE [ACount] +Ib^SINTABLE [BCount] +IdSINTABLE [CCount])
Iq = (J- * (Ia*C0STABLE[ACount]+Ib COSTABLE[ACount]+Ic*C0STABLE[CCount])
其中，Id, Iq為dq坐標(biāo)下的電流分量，la, lb, Ic為abc坐標(biāo)下的電流值，即實際采樣得到的值，SINTABLE[ACount]、SINTABLE[BCount]、SINTABLE[BCount]分別為 A、B、C 三相相位角的正弦值，COSTABLE [ACount]、COSTABLE [ACount]、COSTABLE [CCount]分別為 A、 B、C三相相位角的余弦值。Idref = (((Udcref-Udc+( β / C *Idc)) *C) *Udc) / ( β * (V^*Vrms-*R*Idref))其中，Idref為Id的參考值，Udcref為整流后級電壓的參考值，Udc為整流后級電壓的實際值，C為整流后級電容值，Idc為整流后級電流值，β = 0.03，Vrms為交流線電壓。本發(fā)明還提供了一種三相高功率因數(shù)PWM整流器控制系統(tǒng)，包括BOOST電路，是主電路和電能主通道，用于進(jìn)行三相整流；檢測電路，用于檢測五種信號，包括三個電流信號、一個電壓信號和一個AC相電壓信號；信號調(diào)整電路，用于調(diào)整檢測出來的五種信號幅值和濾波處理；控制電路，用于將調(diào)整后的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并用電壓外環(huán)滑模變結(jié)構(gòu)控制算法、電流內(nèi)環(huán)控制和空間矢量控制算法計算產(chǎn)生脈寬調(diào)制控制信號；驅(qū)動電路，將所述控制電路輸出的脈寬調(diào)制控制信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動主電路功率開關(guān)管的控制信號，實現(xiàn)對功率開關(guān)管的控制；保護(hù)電路板，用于輸入端的過欠壓保護(hù)； 電源電路板，對三相高功率因數(shù)PWM整流器系統(tǒng)各電路供電。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明將交流電和直流電信號通過運(yùn)算得到控制的驅(qū)動信號， 這些控制的驅(qū)動信號控制主電路上功率開關(guān)管的通與斷，從而實現(xiàn)三相輸入側(cè)的電流波形跟蹤電壓波形，保證電流電壓波形均為正弦波，進(jìn)而實現(xiàn)整流器的功率因數(shù)達(dá)到1且諧波成分含量非常小。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的三相高功率因數(shù)PWM整流器控制方法示意圖。圖2是本發(fā)明的三相高功率因數(shù)PWM整流器系統(tǒng)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的三相高功率因數(shù)PWM整流器系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的三相高功率因數(shù)PWM整流器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是應(yīng)用本發(fā)明的計算機(jī)仿真效果圖。圖6A是三相高功率因數(shù)PWM整流器應(yīng)用本發(fā)明控制算法前后網(wǎng)側(cè)波形對比圖。圖6B是三相高功率因數(shù)PWM整流器系統(tǒng)空載啟動時整流后級的直流電壓與網(wǎng)側(cè)電流波形圖。圖6C是三相高功率因數(shù)PWM整流器系統(tǒng)從空載到帶載整流后級的直流電壓與網(wǎng)側(cè)電流波形圖。
具體實施例方式請參閱圖1，本發(fā)明的控制方法主要包括如下步驟(Sll)將采樣得到的信號調(diào)整幅值后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；(S12)對所述數(shù)字信號中的交流側(cè)電流部分dq解耦變換，其中相位角由AC相電壓調(diào)整后的過零信號提供；(S13)對所述數(shù)字信號中的直流電壓和電流做電壓外環(huán)滑模變結(jié)構(gòu)控制；(S14)電流內(nèi)環(huán)控制，并把坐標(biāo)由dq變換為α β坐標(biāo)；(S15)空間矢量算法，算出6個橋臂的驅(qū)動波形。
在步驟(Sll)中，具體可通過電壓互感器和電流互感器采樣電壓和電流信號，并通過運(yùn)放等一系列電路來調(diào)整信號幅值，使得信號幅值大小滿足DSP的ADC端口要求的范圍，并在DSP的ADC中完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。在步驟(S12)中，具體工作是將采樣得到的三相交流側(cè)的電流信號做abc坐標(biāo)到dq坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，使得把三相的電信號轉(zhuǎn)換成有功分量和無功分量，在運(yùn)算中用到如下式子
權(quán)利要求
1.一種三相高功率因數(shù)PWM整流器控制方法，包括如下步驟，(11)將三相交流電其中的兩相輸入電流信號解耦為網(wǎng)側(cè)有功分量與網(wǎng)側(cè)無功分量；(12)將直流輸出的電壓值和電流值通過電壓外環(huán)滑模變結(jié)構(gòu)控制算法計算得出目標(biāo)有功分量與目標(biāo)無功分量；(13)再將網(wǎng)側(cè)有功分量、網(wǎng)側(cè)無功分量、目標(biāo)有功分量以及目標(biāo)無功分量通過電流內(nèi)環(huán)控制得出α β坐標(biāo)下的變量；(14)將前述αβ坐標(biāo)下的變量用空間矢量算法計算從而得到用于控制整流器內(nèi)功率開關(guān)管的脈寬調(diào)制波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相高功率因數(shù)PWM整流器控制方法，其特征在于，在步驟 (11)中，是將交流電信號作abc坐標(biāo)到dq坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，得到dq坐標(biāo)下的網(wǎng)側(cè)有功分量與網(wǎng)側(cè)無功分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相高功率因數(shù)PWM整流器控制方法，其特征在于，在步驟 (11)前還包括步驟(10)，將三相交流電其中兩相電流和整流后的直流電壓及電流經(jīng)檢測、 調(diào)整、濾波后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將AC相電壓調(diào)整為過零信號作為相位角參考點。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三相高功率因數(shù)PWM整流器控制方法，其特征在于，在步驟 (10)中進(jìn)一步將所述四種數(shù)字信號通過計算還原為實際值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三相高功率因數(shù)PWM整流器控制方法，其特征在于，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三相高功率因數(shù)PWM整流器控制方法，其特征在于， Idref = (((Udcref-Udc+ ( β / C *Idc))*C)*Udc)/ ( β * (V^*Vrms-*R*Idref))其中，Idref為Id的參考值，Udcref為整流后級電壓的參考值，Udc為整流后級電壓的實際值，C為整流后級電容值，Idc為整流后級電流值，β = 0. 03，Vrms為交流線電壓。
7.一種三相高功率因數(shù)PWM整流器控制系統(tǒng)，包括 BOOST電路，是主電路和電能主通道，用于進(jìn)行三相整流；檢測電路，用于檢測五種信號，包括三個電流信號、一個電壓信號和一個AC相電壓信號；信號調(diào)整電路，用于調(diào)整檢測出來的五種信號幅值和濾波處理； 控制電路，用于將調(diào)整后的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并用電壓外環(huán)滑模變結(jié)構(gòu)控制算法、電流內(nèi)環(huán)控制和空間矢量控制算法計算產(chǎn)生脈寬調(diào)制控制信號；驅(qū)動電路，將所述控制電路輸出的脈寬調(diào)制控制信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動主電路功率開關(guān)管的控制信號，實現(xiàn)對功率開關(guān)管的控制； 保護(hù)電路，用于輸入端的過欠壓保護(hù)；電源電路，對三相高功率因數(shù)PWM整流器系統(tǒng)各電路供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相高功率因數(shù)PWM整流器控制方法，包括如下步驟，(11)將三相交流電其中的兩相輸入電流信號解耦為網(wǎng)側(cè)有功分量與網(wǎng)側(cè)無功分量；(12)將直流輸出的電壓值和電流值通過電壓外環(huán)滑模變結(jié)構(gòu)控制算法計算得出目標(biāo)有功分量與目標(biāo)無功分量；(13)再將網(wǎng)側(cè)有功分量、網(wǎng)側(cè)無功分量、目標(biāo)有功分量以及目標(biāo)無功分量通過電流內(nèi)環(huán)控制得出αβ坐標(biāo)下的變量；(14)將前述αβ坐標(biāo)下的變量用空間矢量算法計算從而得到用于控制整流器內(nèi)功率開關(guān)管的脈寬調(diào)制波。本發(fā)明還公開了一種三相高功率因數(shù)PWM整流器控制系統(tǒng)。本發(fā)明實現(xiàn)了三相輸入側(cè)的電流波形跟蹤電壓波形，保證電流電壓波形均為正弦波，進(jìn)而實現(xiàn)整流器的功率因數(shù)達(dá)到1且諧波成分含量非常小。
文檔編號H02M1/42GK102185505SQ20111013147
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者姜海鵬, 成蘭仙 申請人:海華電子企業(yè)(中國)有限公司