一種z源三電平pwm整流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種Z源三電平PWM整流器。
【背景技術(shù)】
[0002] 與傳統(tǒng)的不控整流和相控整流相比，PWM整流器實現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)電流的正弦化，且可以 運行于單位功率因數(shù)，因此具有功率因數(shù)高，輸出電壓紋波小，動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點。PWM整流 器分為電壓型整流器（VSR)和電流型整流器（CSR)兩種，其中電壓型整流器具有電能雙向 傳輸，功率因數(shù)校正，減小輸入諧波等優(yōu)點，應(yīng)用較為廣泛。電流型整流器雖然具有電路保 護和較快電流響應(yīng)的優(yōu)點，但是其交流側(cè)電容和直流側(cè)電感龐大的體積需要限制了它的應(yīng) 用。普通的電壓型整流器只具備升壓整流的功能，在直流側(cè)輸出電壓小于交流側(cè)輸入電壓 的場合，需要加入DC/DC升壓模塊，增加了成本和設(shè)計難度。此外直通狀態(tài)帶來的電磁干擾 會對其造成損害，降低它的抗干擾能力和運行穩(wěn)定性。
[0003] 為了改善傳統(tǒng)電壓型整流器的不足，有人提出了一種Z源兩電平PWM整流器。該 整流器克服了電壓型PWM整流器不能降壓的缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)升降壓的功能，從而將兩級式 結(jié)構(gòu)簡化為一級式結(jié)構(gòu)。并且該結(jié)構(gòu)允許每個橋臂的兩個管子同時導(dǎo)通，提高了系統(tǒng)的安 全性。
[0004] 兩電平PWM整流器的不足之處在于當(dāng)其應(yīng)用于高壓大功率的場合時，需使用高反 壓的功率開關(guān)管，或?qū)⒍鄠€功率開關(guān)管串聯(lián)使用。此外由于該結(jié)構(gòu)整流器交流側(cè)輸出電壓 總在兩電平上切換，當(dāng)開關(guān)頻率不高時，將導(dǎo)致諧波含量相對較大。較之兩電平，三電平整 流器在提高耐壓等級的同時，有效的降低了交流諧波電壓和電流，在相同的開關(guān)頻率和控 制方式下能顯著改善其網(wǎng)側(cè)波形質(zhì)量，減小畸變。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提出了一種Z源三電平PWM整流器，該 結(jié)構(gòu)在三電平整流器和負載之間加入了 Z源網(wǎng)絡(luò)，并在Z源右側(cè)加入開關(guān)管Swi和S W2對直 流側(cè)回路進行控制。使用該控制方法的Z源三電平整流器，能夠輸出小于輸入電壓幅值的 直流電壓，并且允許主電路每一路開關(guān)管直通，提高整流器的抗干擾能力。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種Z源三電平PWM整流器，其特征是，包括并聯(lián)的三相橋臂，每相橋臂包括四個 串聯(lián)的開關(guān)管，各相橋臂的中點經(jīng)電感與電網(wǎng)或交流源相連作為該整流器的輸入源；并聯(lián) 的各橋臂輸出端與Z源網(wǎng)絡(luò)的輸入端相連；Z源網(wǎng)絡(luò)的輸出端上下分別串接開關(guān)管S wi和 Sw2;其后輸出端與電容C i和電容C2的串聯(lián)支路并聯(lián)連接，電容C i和電容C2的串聯(lián)支路與 直流負載連接；
[0008] 通過控制電路控制整流器三相橋臂的開關(guān)管以及Z源網(wǎng)絡(luò)右側(cè)的開關(guān)管Swi和S W2 的導(dǎo)通與關(guān)斷，使Z源三電平PWM整流器分別運行于非直通、全直通、上直通和下直通四種 運行模式。
[0009] 所述三相橋臂中，分別在每一相橋臂中的第一開關(guān)管和第四開關(guān)管之間串接一對 二極管，同時二極管的中點與電容C 1和電容C 2串聯(lián)支路的中點相連。
[0010] 所述Z源網(wǎng)絡(luò)由接成類X型的兩個電容和兩個電感構(gòu)成，該網(wǎng)絡(luò)是一個對稱結(jié)構(gòu)， 兩電容電容值相同，兩電感電感量相同，所述Z源網(wǎng)絡(luò)左側(cè)連接整流器的輸出端、右側(cè)輸出 作為直流負載的輸入端。
[0011] 所述開關(guān)管Swi和Sw2都是由IGBT和二極管反并聯(lián)組合而成；開關(guān)管S wi和Sw2的 開斷取決于整流器運行于何種模式下：
[0012] 當(dāng)整流器處于非直通模式時，開關(guān)管Swi和Sw2的IGBT都接收開通信號；當(dāng)整流器 處于全直通模式時，開關(guān)管S wi和Sw2的IGBT都接收關(guān)斷信號；當(dāng)整流器處于上直通模式時， 開關(guān)管Swi的IGBT接收開通信號，開關(guān)管S W2的IGBT接收關(guān)斷信號；當(dāng)整流器處于下直通 狀態(tài)時，開關(guān)管Swi的IGBT接收關(guān)斷信號，開關(guān)管S W2的IGBT接收開通信號。
[0013] 所述控制電路包括保護電路、驅(qū)動電路、采樣調(diào)理電路以及DSP模塊，采樣調(diào)理電 路連接DSP模塊，DSP模塊與保護電路雙向通信，DSP模塊連接驅(qū)動電路，驅(qū)動電路輸出PWM 信號驅(qū)動橋臂中IGBT管的開通與關(guān)斷。
[0014] 所述采樣調(diào)理電路采集輸入三相交流電壓以及三相電流的幅值及相位、Z源網(wǎng)絡(luò) 電容電壓以及直流側(cè)輸出的電壓值大小。
[0015] 本實用新型的有益效果是：
[0016] 1、相對于三電平整流器而言，Z源三電平整流器不僅可以實現(xiàn)降壓輸出，而且由于 直通不會引起功率器件的損壞，可靠性明顯增加，消除死區(qū)時間，防止波形畸變；
[0017] 2、Z源兩電平PWM整流器雖然能夠?qū)崿F(xiàn)降壓整流和橋臂直通保護，但是當(dāng)其應(yīng)用 于大功率的場合時，需使用高反壓的功率開關(guān)管或?qū)⒍鄠€功率開關(guān)管串聯(lián)使用；此外該結(jié) 構(gòu)整流器交流側(cè)輸出電壓在兩電平上切換，開關(guān)頻率不高時，將導(dǎo)致諧波含量相對較大。而 Z源三電平整流器能夠在提高耐壓等級的同時，有效地降低交流諧波電壓和電流，在相同的 開關(guān)頻率和控制方式下改善其網(wǎng)側(cè)波形的質(zhì)量，減小畸變。
[0018] 3、本實用新型Z源三電平PWM整流器具有高功率、波形質(zhì)量好等優(yōu)點，在光伏發(fā)電 系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池等可再生能源領(lǐng)域前景廣泛。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本實用新型系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖2(a)為Z源三電平PWM整流器全直通模式下的電流電路圖；
[0021] 圖2(b)為Z源三電平PWM整流器上直通模式下的電流電路圖；
[0022] 圖2 (c)為Z源三電平PWM整流器下直通模式下的電流電路圖；
[0023] 圖3為Z源三電平PWM整流器的等效電流電路圖；
[0024] 圖4(a)為Z源三電平PWM整流器的非直通簡化等效電路圖；
[0025] 圖4(b)為Z源三電平PWM整流器的全直通狀態(tài)的簡化等效電路圖；
[0026] 圖4(c)為Z源三電平PWM整流器的上直通狀態(tài)的簡化等效電路圖；
[0027] 圖4(d)為Z源三電平PWM整流器的下直通狀態(tài)的簡化等效電路圖；
[0028] 圖5(a)為載波反相加直通的調(diào)制方法；
[0029] 圖5(b)為載波同相加直通的調(diào)制方法；
[0030] 圖6為Z源三電平PWM整流器控制框圖；
[0031] 圖7(a)為使用載波同相調(diào)制方法不加直通的Z源電容電壓波形和直流側(cè)負載波 形；
[0032] 圖7(b)為使用載波同相調(diào)制方法不加直通的網(wǎng)偵U電壓和三相電流波形；
[0033] 圖7(c)為使用載波同相調(diào)制方法不加直通的交流偵J線電壓