一种PWM整流器电路拓扑结构制造技术

本发明专利技术公开了一种脉冲宽度调制PWM整流器电路拓扑结构。脉冲宽度调制PWM整流器的电路拓扑结构包括单相PWM整流器和三相四线制PWM整流器，单相PWM整流器主拓扑中仅需1个电感，三相四线制PWM整流器主拓扑中仅需3个电感。PWM整流器控制方法是基于SPWM方式的脉宽调制技术，采用电压外环、电流内环的控制方式。公共的电压外环和独立的电流内环均采用PI控制方式，分别对公共的电压外环和独立的电流内环设置P、I参数，本发明专利技术可实现电网侧电流与电压同相位，降低电网侧谐波含量，减小谐波污染。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种脉冲宽度调制PWM整流器电路拓扑结构。脉冲宽度调制PWM整流器的电路拓扑结构包括单相PWM整流器和三相四线制PWM整流器，单相PWM整流器主拓扑中仅需1个电感，三相四线制PWM整流器主拓扑中仅需3个电感。PWM整流器控制方法是基于SPWM方式的脉宽调制技术，采用电压外环、电流内环的控制方式。公共的电压外环和独立的电流内环均采用PI控制方式，分别对公共的电压外环和独立的电流内环设置P、I参数，本专利技术可实现电网侧电流与电压同相位，降低电网侧谐波含量，减小谐波污染。【专利说明】 —种PWM整流器电路拓扑结构
本专利技术属于电力电子应用
，涉及一种PWM整流器电路拓扑结构，具体涉及一种关于分布式电源，应用于可再生能源发电并网，充放电及其储能等系统的电力电子整流器。
技术介绍
在所有的电力变换装置中，整流电路出现的最早。常见的电能变换电路包括整流电路、逆变电路、交交变频电路和直流升降压电路。除了直接使用市电的设备外，大部分的用电设备的取电是通过将电网的电能进行相应的直流或交流变换所得，即先将市电转换成用电设备所需的交流电或者直流电，然后将变换的电能输送给用电设备使用。即使是交交变频电路也往往先进行整流变换，然后再进行逆变变换。据1992年日本电气学会的报道，所有的电力电子设备中，整流装置占到了 70%之多。鉴于整流装置的总量很大，常规整流环节广泛采用二极管不控整流电路或者晶闸管相控整流电路，因而对电网注入了大量谐波及无功，网侧功率因数很低，造成了严重“污染”。由于大量电力电子装置通过变流器与电网相连，存在网侧功率因数低以及输入电流谐波成分高的问题。但是伴随着电力电子发展和用电设备的谐波标准的日益严格，如何达到节约能源、减低成本、减小谐波污染、达到绿色的电能变换的目的，需要更多的理论研究和探索。 自从上个世纪80年代后期开始将PWM(脉冲宽度调制)技术引入整流器控制中，高功率因数的PWM整流器技术已成为国内外的研究热点。并已经取得了很多研究成果，PWM整流器往往通过改进的Boost电路来实现功率因数校正，其中比较新颖的结构是采用双路Boost并联的拓扑结构。但是，双路Boost电路必然要用两个电感，电感作为Boost电路的核心元器件，电感体积较大，其量值选取决定了整流装置的体积大小，也是原料成本重要组成部分。 电感作为磁性元器件，由于双路Boost并联的结构两个电感分别工作在电网正、负半周内，对于单个电感而言，在其工作的半周内，如不能及时恢复其初始状态，磁芯就容易饱和，流过的电流变化不会发生能量传递，能量消耗在线圈上，长时间、大功率的场合下，线圈绕组会发热，不可避免的会影响电感值的精确性，因此对控制器的设计带来严峻的挑战。 现有的三相PWM往往采用三相三线制的接法，三相间存在相互耦合，故而对其控制往往需要进行矢量变换以实现三相解耦，即将三相abc静止坐标系变换到两相旋转dq坐标系下进行建模与控制，其复杂性不言而喻，实际实现也较为复杂。 PWM整流器在启动时，电网电压将通过电感给母线电容从零电压充电，可能会引起电路谐振，或者电感瞬态饱和，产生较大的冲击电流，该冲击电流有可能会损害电路元件，影响电路的安全工作状态，对PWM整流器的安全性和可靠性带来威胁。 因此，针对现有技术不足，设计一种可避免磁性元件饱和，控制逻辑难度低，且安全可靠的的PWM整流器拓扑及其控制策略甚为必要。
技术实现思路
技术问题:本专利技术提供一种可实现单位功率因数PWM整流，减小输入电网的谐波含量，改善电能质量的脉宽调制PWM整流器拓扑及其控制方法。 技术方案:本专利技术提供的一种PWM整流器电路拓扑结构，为单相PWM整流器，包括电感、第一晶闸管、第二晶闸管、第一二极管、第二二极管、第一全控型开关开关、第二全控型开关开关、第一电容、第二电容、负载和中线，电感一端与电网相接，另一端同时与第一晶闸管的阳极和第二晶闸管的阴极相接，第一晶闸管的阴极同时与第一二极管的阳极和第一全控型开关开关的集电极相接，第一二极管的阴极同时与第一电容一端和负载一端连接，第一全控型开关开关的发射极和第二全控型开关开关的集电极连接在中线上，晶闸管的阳极同时与第二二极管的阴极和第二全控型开关开关的发射极相接，第二二极管的阳极同时与第二电容一端和负载另一端连接，第一电容另一端和第二电容另一端连接在中线上。 本专利技术PWM整流器电路拓扑结构的优选方案中，第一全控型开关和第二全控型开关为IGBT、IGCT或电力场效应晶体管。 本专利技术提供的另一种PWM整流器电路拓扑结构，为三相四线制PWM整流器，由三个上述单相PWM整流器电路拓扑结构并联组成，三个单相PWM整流器电路拓扑结构共用一套第一电容、第二电容、负载和中线。 上述的三相四线制PWM整流器中，三个单相PWM整流器电路拓扑结构分别为A相电路拓扑结构、B相电路拓扑结构、C相电路拓扑结构，所述A相电路拓扑结构的电感一端与电网A相连接，B相电路拓扑结构的电感一端与电网B相连接、C相电路拓扑结构的电感一端与电网C相连接，三个单相PWM整流器电路拓扑的第一二极管的阴极并联后同时与第一电容一端和负载一端连接，三个单相PWM整流器电路拓扑的第二二极管的阳极并联后同时与第二电容一端和负载另一端连接。 PWM整流器的控制电路包括电压反馈环节、电压PI环节、电网电压检测环节，锁相环节、乘法器、电流反馈环节、电流PI环节和脉宽调制PWM环节。 电压反馈环节反馈直流母线的电压并与给定电压VMf比较得到输出电压的误差信号Λ V，将电压误差信号AV送入电压PI环节得到给定电流信号的幅值im。通过对电网信号检测环节得到即时的电网电压信号，经过锁相环节可以得到电网电压的相位信号sin Θ，将给定电流信号的幅值1与电网电压的相位信号sin0送入乘法器，乘法器的输出信号Uf作为交流输入侧电流的给定信号，电流反馈环节反馈交流侧实际的电流并与交流输入侧电流的给定信号iMf比较，从而得到交流输入侧输入电流的误差信号Λ i，将电流误差信号Λ i送入电流PI环节，将电流PI环节的输出信号送入脉宽调制PWM环节，脉宽调制PWM环节的输出作为控制信号，以用于控制PWM整流器中开关管的导通与关断。 有益效果:与现有技术相比，本专利技术具有以下优点: I)以单相PWM整流器为例。电感是PWM整流器的核心元件，电感值的选取是设计控制器的前提和基础。设计拓扑中，交流输入侧仅需一个电感，通过对晶闸管的通断控制，在电网电压正负半周内，均可实现Boost运行。更重要的，该电感在电网电压正负内均处于工作状态，流经电感的电流也随着电网电压正负交替流动，根据铁磁材料的磁滞回线可知，这有益于磁芯回复初始状态，相较于传统的双路Boost的拓扑而言，这样的设计可以有效减小电感的磁饱和导致的发烫问题，不仅可以延长电感的使用寿命，还可以保证电感的量值的精确性，对于控制器的设计提供了可靠的硬件基础。此外，电感是整流器的核心器件，相较于采用双路Boost拓扑的整流器而言，本专利技术提供的拓扑设计仅需要一个电感便可实现在电网电压正负半周内按照Boost运行，这必然可以减小硬件成本。此外，电感体积较大，仅采用一个电感的设计还可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PWM整流器电路拓扑结构，其特征在于，该电路拓扑结构为单相PWM整流器，包括电感(Ls)、第一晶闸管(T1)、第二晶闸管(T2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一全控型开关开关(S1)、第二全控型开关开关(S2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、负载(RL)和中线(N)，所述电感(Ls)一端与电网相接，另一端同时与第一晶闸管(T1)的阳极和第二晶闸管(T2)的阴极相接，第一晶闸管(T1)的阴极同时与第一二极管(D1)的阳极和第一全控型开关(S1)的集电极相接，第一二极管(D1)的阴极同时与第一电容(C1)一端和负载(RL)一端连接，第一全控型开关(S1)的发射极和第二全控型开关开关(S2)的集电极连接在中线(N)上，晶闸管(T2)的阳极同时与第二二极管(D2)的阴极和第二全控型开关开关(S2)的发射极相接，第二二极管(D2)的阳极同时与第二电容(C2)一端和负载(RL)另一端连接，第一电容(C1)另一端和第二电容(C2)另一端连接在中线(N)上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王念春，吴晓玉，丁凯，江志明，滕春阳，宋骁磊，段灵杰，辛欢，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32