一种双频单相PWM整流器制造技术

本发明专利技术涉及整流器技术领域，具体涉及一种双频单相PWM整流器，它包括器壳，该器壳内设置有电路板，该电路板上包括控制单元和主回路单元；所述主回路单元由低频功率单元和高频消谐单元构成；它通过新型的拓扑结构，降低所需电力滤波器的电感量，从而减小电感体积，降低PWM整流器的成本，简化PWM整流器的控制难度，降低大功率开关器件的开关频率，提高整流器的效率和功率密度。

A dual frequency single-phase PWM rectifier

The present invention relates to the technical field of rectifier, in particular to a double frequency single-phase PWM rectifier, which comprises a device shell, the shell is provided with a circuit board, the circuit board comprises the control unit and the main circuit unit; the main circuit unit is composed of low frequency and high frequency power unit harmonic elimination unit formed by the topology model; the reduced inductance required power filter, thereby decreasing the inductance volume, reduce the cost of PWM rectifier, PWM rectifier control difficulty is simplified, reducing the switching frequency of high power switching device, improve the efficiency and power density of the rectifier.

【技术实现步骤摘要】
一种双频单相PWM整流器
本专利技术涉及整流器
，具体涉及一种双频单相PWM整流器。
技术介绍
PWM整流器技术是将交流电能转换为直流电能的主要技术，一般需要使用自关断功率器件。由于PWM整流器的交流侧电流中含有谐波成分，而电网对电流谐波有着严格的要求，为此需要采取措施，对电流谐波进行抑制，以减小对电网的污染。同时为了降低PWM整流器的损耗，希望降低功率器件的开关频率，开关频率越低，损耗越小，但谐波越大。目前主要采用在交流侧增加电力滤波器的方法，对PWM整流器的电流谐波进行抑制，按照滤波器的不同，可分为L型PWM单相整流器和LCL型PWM单相整流器。在L型PWM单相整流器中，使用电感作为抑制电流谐波的电力滤波器，在LCL型PWM单相整流器中，使用一电容两电感组成的滤波电路作为电力滤波器。在L型PWM单相整流器中，滤波器的电感值决定着滤波器的体积和成本。滤波器的电感值越大，体积越大，成本越高。而且，在滤波器的工作过程中，电流流过电感时，一方面由于电感上的电阻会产生热损耗，另一方面由于电感的感抗会导致交流压降；热损耗降低了整流器的效率，电感上的压降限制了直流电压的调节范围。同时，为了提高PWM整流器的效率，期望降低功率器件的开关频率，而开关频率越低，需要的电感值越大。因此，L型PWM整流器存在的主要问题是体积大、成本高、效率低，不利于PWM整流器的低频化。在LCL型PWM单相整流器中，LCL滤波器是由两个电感和一个电容通过串并联组合构成的，在实际应用中，需要对两个电感值和一个电容值进行精确匹配，否则就会发生谐振。在设计控制器的过程中，需要对滤波器的状态进行测量和反馈，对控制器的参数进行精确整定，否则就不能达到预期的控制效果。因此，LCL型PWM单相整流器存在的主要问题是元器件多、体积大、成本高、结构复杂，控制难度大等。可见，L型和LCL型单相PWM整流器，虽然能够实现谐波抑制，但是都存在着体积大、成本高的缺点，同时功率器件的开关频率较高，无法通过降低主回路的开关损耗，来提高PWM整流器的效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种双频单相PWM整流器。本专利技术所述的一种双频单相PWM整流器，它包括器壳，该器壳内设置有电路板，该电路板上包括控制单元和主回路单元；所述主回路单元由低频功率单元和高频消谐单元构成；所述低频功率单元包含四个全控型开关器件(VT1-VT4)、四个功率二极管(VD1-VD4)和滤波电容C1；所述VT1与VT2串联，VT3和VT4串联，均并在两根输电导线上，两根输电导线的输出端分别为端子A和端子B；所述滤波电容C1并联在两根输电导线上；四个全控型开关器件(VT1-VT4)中，每个全控型开关器件对应反并联一个功率二极管，其中：VT1反并联VD1，VT2反并联VD2、VT3反并联VD3、VT4反并联VD4；形成低频功率分电路；所述高频消谐单元包含四个全控型开关器件(VT5-VT8)、四个功率二极管(VD5-VD8)和滤波电容C2；所述VT5与VT6串联，VT7和VT8串联，均并在两根输电导线上；四个全控型开关器件(VT5-VT8)中，每个全控型开关器件反并联一个功率二极管，其中：VT5反并联VD5，VT6反并联VD6，VT7反并联VD7，VT8反并联VD8；形成高频消谐分电路；所述低频功率单元通过滤波电感L1和单相交流电源AC相连接，高频消谐单元通过滤波电感L2和单相交流电源AC连接，形成主回路单元，主回路单元通过端子A和端子B与负载相连。采用上述结构后，本专利技术有益效果为：本专利技术所述的一种双频单相PWM整流器，它通过新型的拓扑结构，降低所需电力滤波器的电感量，从而减小电感体积，降低PWM整流器的成本，简化PWM整流器的控制难度，降低大功率开关器件的开关频率，提高整流器的效率和功率密度。【附图说明】此处所说明的附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：图1是本专利技术拓扑结构示意图；图2是本专利技术控制系统结构图。【具体实施方式】下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。如图1所示，本具体实施方式所述的一种双频单相PWM整流器，它包括器壳，该器壳内设置有电路板，该电路板上包括控制单元和主回路单元；所述主回路单元由低频功率单元和高频消谐单元构成；所述低频功率单元包含四个全控型开关器件(VT1-VT4)、四个功率二极管(VD1-VD4)和滤波电容C1；所述VT1与VT2串联，VT3和VT4串联，均并在两根输电导线上，两根输电导线的输出端分别为端子A和端子B；所述滤波电容C1并联在两根输电导线上；四个全控型开关器件(VT1-VT4)中，每个全控型开关器件对应反并联一个功率二极管，其中：VT1反并联VD1，VT2反并联VD2、VT3反并联VD3、VT4反并联VD4；形成低频功率分电路；所述高频消谐单元包含四个全控型开关器件(VT5-VT8)、四个功率二极管(VD5-VD8)和滤波电容C2；所述VT5与VT6串联，VT7和VT8串联，均并在两根输电导线上；四个全控型开关器件(VT5-VT8)中，每个全控型开关器件反并联一个功率二极管，其中：VT5反并联VD5，VT6反并联VD6，VT7反并联VD7，VT8反并联VD8；形成高频消谐分电路；所述低频功率单元通过滤波电感L1和单相交流电源AC相连接，高频消谐单元通过滤波电感L2和单相交流电源AC连接，形成主回路单元，主回路单元通过端子A和端子B与负载相连。本专利技术的工作原理如下：如图1所示为双频PWM整流器的拓扑结构；1)低频功率单元的作用是为大电流i1提供通道，i1中含有高频谐波，开关器件采用大功率全控型开关器件IGBT，采用IGBT的优点是成本低，能够流过大电流，承受高电压。低频功率单元采用低开关频率，以降低该单元的开关损耗。2)低频功率单元中的电容C1的作用是，抑制直流母线上的电压纹波，保持电压VC1稳定。3)滤波电感L1的作用是抑制电流i1上的纹波，由于本拓扑结构中，增加了高频消谐单元，故可选用小电感值的电感作为滤波电感。4)高频消谐单元的作用是为电流i2提供通道，i2为高频谐波电流，与i1中的高频谐波电流反向。开关器件采用高频全控型开关器件，如功率MOSFET、碳化硅(SIC)、氮化镓(GaN)等。该类功率器件的优点是开关频率高、开关损耗小，缺点是成本高，工作电压和工作电流小。由于该单元的电流小、开关损耗小，其损耗远远小于由于低频功率单元的开关频率降低而减小的开关损耗，故可以减小整个双频PWM整流器的开关损耗。5)高频消谐单元中的电容C2的作用是为高频消谐单元提供直流电压支撑。6)滤波电感L2的作用是抑制电流i2上的纹波，由于该单元的开关频率较高，故可降低电感L2的电感值，并且由于流过L2上的谐波电流值很小，故滤波电感L2的体积较小。如图2所示，双频整流器的控制系统结构图；本设计中，双频PWM整流器的控制目标包括三点：(1)稳定整流器的输出电压VC1；(2)消除并网电流isum的纹波；(3)稳定高频消谐单元的电压VC2；从附图2可以看出，控制系统包括两个互相耦合的双闭环控制回路。在直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双频单相PWM整流器，其结构特征在于：低频功率单元，是将大功率交流能量变换成直流能量，为负载提供功率，拓扑结构为H桥，功率器件采用容量大、工作开关频率低、成本便宜的全控型功率器件。低频功率单元工作于低频，减少功率器件的开关损耗。低频功率单元通过电感L1和交流电网相连。高频消谐单元，产生与低频功率单元交流侧电流i1中纹波相反的电流i2，以降低并网电流isum中的纹波，电流i2远小于电流i1。高频消谐单元采用H桥型拓扑结构，功率器件采用容量小、工作开关频率高、导通电阻小的开关器件。高频消谐单元工作于高频。高频消谐单元通过电感L2和交流电网相连。控制器根据电流i1、电流i2、直流母线电压VC1、直流母线电压VC2、交流电压VAC，产生PWM1～PWM8，利用PWM1～PWM4对低频功率单元进行控制，利用PWM5～PWM8对高频消谐单元进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种双频单相PWM整流器，其结构特征在于：低频功率单元，是将大功率交流能量变换成直流能量，为负载提供功率，拓扑结构为H桥，功率器件采用容量大、工作开关频率低、成本便宜的全控型功率器件。低频功率单元工作于低频，减少功率器件的开关损耗。低频功率单元通过电感L1和交流电网相连。高频消谐单元，产生与低频功率单元交流侧电流i1中纹波相反的电流i2，以降低并网电流isum中的纹波，电流i2远小于电流i1。高频消谐单元采用H桥型拓扑结构，功率器件采用容量小、工作开关频率高、导通电阻小的开关器件。高频消谐单元工作于高频。高频消谐单元通过电感L2和...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨立永，刘硕，景生赟，刘启帆，王元，韩硕，王云昊，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11