專利名稱：一種三相有源功率因數(shù)整流方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種可實(shí)現(xiàn)三相功率因數(shù)校正、降低三相輸入電流諧波的方法，屬于電工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
目前，一般三相有源功率因數(shù)整流器都需要檢測(cè)輸入交流電壓，通過(guò)跟蹤輸入電壓的波形實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流波形的控制，從而實(shí)現(xiàn)提高功率因數(shù)和減少輸入電流諧波。該方法首先檢測(cè)三相輸入交流電壓信號(hào)，將這信號(hào)經(jīng)調(diào)理后作為輸入電流的參考信號(hào)，然后檢測(cè)輸入電流，根據(jù)輸入電流與參考信號(hào)的差別改變控制主回路功率管的PWM從而實(shí)現(xiàn)提高輸入功率因數(shù)降低輸入電流的諧波。該方法需要應(yīng)用三個(gè)電壓傳感器檢測(cè)三相輸入電壓，增加了控制系統(tǒng)成本，同時(shí)，三個(gè)電壓傳感器的信號(hào)誤差或者傳導(dǎo)通道的干擾都會(huì)影響控制效果。在單相、三相有源功率因數(shù)整流器中應(yīng)用單周期控制方法可以實(shí)現(xiàn)無(wú)需輸入電壓傳感器，但是都是采用模擬電路控制的方法。由于模擬電路控制方法采用模擬器件搭建硬件電路構(gòu)成控制電路的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該電路一經(jīng)確定，控制系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)則無(wú)法調(diào)節(jié)，而且隨著控制電路中的元件的老化會(huì)出現(xiàn)參數(shù)飄移等問(wèn)題，系統(tǒng)的控制效果會(huì)收到影響。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種適合于數(shù)字控制的無(wú)輸入電壓傳感器、控制效果好的三相有源功率因數(shù)整流方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是具有6只整流二極管的主電路通過(guò)三個(gè)輸入PFC電感接入三相輸入電源，三個(gè)雙向功率開(kāi)關(guān)，主電路中的三個(gè)雙向功率開(kāi)關(guān)由驅(qū)動(dòng)電路接入DSP控制系統(tǒng)，首先獲得兩相第n個(gè)PWM周期內(nèi)輸入電流平均值；根據(jù)輸出電壓經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到的控制參數(shù)；計(jì)算每相交流側(cè)的等效額定負(fù)載電阻；計(jì)算額定功率時(shí)每相交流側(cè)的等效額定負(fù)載電阻；再計(jì)算三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)的下一個(gè)PWM控制周期的占空比，最后DSP控制系統(tǒng)在下一個(gè)PWM控制周期開(kāi)始時(shí)將步驟上述得到的三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)占空比控制信號(hào)輸出控制對(duì)應(yīng)的三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)。
本發(fā)明采用DSP作為控制核心，三相三開(kāi)關(guān)三電平電路作為主電路拓?fù)?，根?jù)采樣到的輸入平均電流、額定工況下的交流側(cè)等效電阻、期望輸出直流電壓、實(shí)際輸出直流電壓，通過(guò)公式推導(dǎo)出下一個(gè)PWM控制周期的三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)PWM的占空比，從而實(shí)現(xiàn)接近單位功率因數(shù)的無(wú)輸入電壓傳感器三相有源功率因數(shù)整流。



圖1是發(fā)明的電路原理框圖，其中，ea eb ec是輸入三相電源，La Lb Lc是三個(gè)輸入功率因數(shù)校正PFC電感，Ka Kb Kc是三個(gè)雙向功率開(kāi)關(guān)，D1～D6是6個(gè)整流二極管，C1C2是輸出濾波電容，Udc是檢測(cè)到的輸出直流母線的電壓。
圖2是某相輸入電流的示意圖。
圖3為某兩相電流波形圖。

具體實(shí)施例方式 圖1的整流器具有6只整流二極管(D1～D6)的主電路通過(guò)三個(gè)輸入PFC電感(La Lb Lc)接入三相輸入電源ea、eb、ec，三個(gè)雙向功率開(kāi)關(guān)Ka、Kb、Kc的一端公共點(diǎn)接入兩個(gè)輸出電容C1、C2的中點(diǎn)，DSP控制系統(tǒng)輸入PWM信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)后控制主電路中的三個(gè)雙向功率開(kāi)關(guān)Ka、Kb、Kc。
如圖1，電路中需要對(duì)三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)Ka、Kb、Kc的占空比進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)控制模型分析可以得到三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)Ka、Kb、kc的第n+1個(gè)PWM占空比

具體步驟如下 1)獲得兩相第n個(gè)PWM周期內(nèi)輸入電流平均值<ia>n和<ib>n； 2)根據(jù)輸出電壓Udc經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到的控制參數(shù)KU；計(jì)算每相交流側(cè)的等效額定負(fù)載電阻PΔ為整流器的額定功率；計(jì)算額定功率時(shí)每相交流側(cè)的等效額定負(fù)載電阻RΔ； 3)計(jì)算三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)Ka、Kb、Kc的下一個(gè)PWM控制周期的占空比Dn+1 式中 是第n+1個(gè)PWM控制周期各個(gè)雙向開(kāi)關(guān)的占空比， VΔ是期望的直流輸出電壓值， 4)DSP控制系統(tǒng)在下一個(gè)PWM控制周期開(kāi)始時(shí)將步驟3)得到的三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)Ka、Kb、Kc占空比控制信號(hào)輸出控制對(duì)應(yīng)的三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)。
2、關(guān)于a、b兩相第n個(gè)PWM周期內(nèi)輸入電流平均值的獲得方法 在模擬控制電路中可以采用對(duì)一個(gè)控制周期中的電流進(jìn)行積分的方法得到一個(gè)開(kāi)關(guān)控制周期輸入電流的平均值，而在數(shù)字控制中若采用數(shù)字積分方法求輸入電流的平均值，則要求A/D采樣頻率遠(yuǎn)高于開(kāi)關(guān)控制周期頻率，這對(duì)硬件系統(tǒng)的要求很高，本發(fā)明提出一種周期同步雙采樣方法可以得到精確的輸入電流的平均值。
如圖2，第n個(gè)周期PWM周期從nTs時(shí)刻開(kāi)始到(n+1)Ts結(jié)束，iL是功率管開(kāi)通時(shí)刻的電流，iH是功率管關(guān)斷時(shí)刻的電流，可以得到在第n個(gè)周期內(nèi)輸入電流的平均值為 為得到上式的平均值，周期同步雙采樣方法的具體采樣方法的步驟如下 1)備用采樣點(diǎn)，如圖2定義輸入電流的上升的中點(diǎn)為M1、下降的中點(diǎn)為M2為，這兩個(gè)點(diǎn)作為備用采樣點(diǎn)。
2)確定采樣點(diǎn)，根據(jù)第n個(gè)周期PWM周期占空比Dn大小確定采樣點(diǎn)，當(dāng)Dn＜15％時(shí)確定M2為采樣點(diǎn)；當(dāng)15％≤Dn≤85％時(shí)確定M1和M2都為采樣點(diǎn)；當(dāng)Dn＞85％時(shí)確定M1為采樣點(diǎn)。
3)平均電流計(jì)算，根據(jù)上述的方法采樣到的電流定義為

和

可以得到第n個(gè)周期PWM周期平均電流如下 該處理方法是一種輸入平均電流的一周期雙采樣方法，在電流的上升和下降的中點(diǎn)各采樣一次電流值，再根據(jù)占空比的情況進(jìn)行處理，可以很大程度降低功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)的干擾。
采用該方法實(shí)現(xiàn)的整流效果如圖3所示，圖3中分別是樣機(jī)整流器輸入的a、b兩相電流波形圖，a、b兩相的有效值都是14.5A。
權(quán)利要求
1.一種三相有源功率因數(shù)整流方法，具有6只整流二極管(D1～D6)的主電路通過(guò)三個(gè)輸入PFC電感(LaLbLc)接入三相輸入電源(eaebec)，三個(gè)雙向功率開(kāi)關(guān)(KaKbKc)，主電路中的三個(gè)雙向功率開(kāi)關(guān)(KaKbKc)由驅(qū)動(dòng)電路接入DSP控制系統(tǒng)，其特征是采用如下步驟
1)獲得兩相第n個(gè)PWM周期內(nèi)輸入電流平均值<ia>n和<ib>n；
2)根據(jù)輸出電壓Udc經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到的控制參數(shù)KU；計(jì)算每相交流側(cè)的等效額定負(fù)載電阻PΔ為整流器的額定功率；計(jì)算額定功率時(shí)每相交流側(cè)的等效額定負(fù)載電阻RΔ；
3)計(jì)算三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)(KaKbKc)的下一個(gè)PWM控制周期的占空比Dn+1
式中VΔ是期望的直流輸出電壓值，
4)DSP控制系統(tǒng)在下一個(gè)PWM控制周期開(kāi)始時(shí)將步驟3)得到的三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)(KaKbKc)占空比控制信號(hào)輸出控制對(duì)應(yīng)的三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相有源功率因數(shù)整流方法，其特征是兩相第n個(gè)PWM周期內(nèi)輸入電流平均值<ia>n和<ib>n的獲得方法是
1)定義輸入電流的上升的中點(diǎn)為M1、下降的中點(diǎn)為M2作為備用采樣點(diǎn)；
2)根據(jù)第n個(gè)周期PWM周期占空比Dn大小確定采樣點(diǎn)，當(dāng)Dn＜15％時(shí)確定M2為采樣點(diǎn)；當(dāng)15％≤Dn≤85％時(shí)確定M1和M2都為采樣點(diǎn)；當(dāng)Dn＞85％時(shí)確定M1為采樣點(diǎn)。
3)計(jì)算輸入電流平均值
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)現(xiàn)三相功率因數(shù)校正、降低三相輸入電流諧波的三相有源功率因數(shù)整流方法，首先獲得兩相第n個(gè)PWM周期內(nèi)輸入電流平均值；根據(jù)輸出電壓經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到的控制參數(shù)；計(jì)算每相交流側(cè)的等效額定負(fù)載電阻、額定功率時(shí)每相交流側(cè)的等效額定負(fù)載電阻和三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)的下一個(gè)PWM控制周期的占空比，最后DSP控制系統(tǒng)在下一個(gè)PWM控制周期開(kāi)始時(shí)將步驟上述得到的三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)占空比控制信號(hào)輸出控制對(duì)應(yīng)的三個(gè)雙向開(kāi)關(guān)。本發(fā)明采用DSP作為控制核心實(shí)現(xiàn)接近單位功率因數(shù)的無(wú)輸入電壓傳感器三相有源功率因數(shù)整流。
文檔編號(hào)H02M1/42GK101807861SQ200910232280
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者丁坤, 姚河清, 傅強(qiáng), 史中權(quán) 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)