一种基于三次谐波电流注入的三相功率因数校正变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于三次谐波电流注入的三相功率因数校正变换器，包括基于二极管的三相不控全桥整流电路(a)、基于全控型功率器件的三相桥式全控电路(b)、直流斩波电路(c)、输入滤波器(d)和三个电感(e)。整流电路(a)和全控电路(b)的正负端直流母线均连接在一起，输入滤波器(d)采用LCL型滤波器，三个电感(e)L

【技术实现步骤摘要】
一种基于三次谐波电流注入的三相功率因数校正变换器


[0001]本专利技术属于功率变换器拓扑领域，特别涉及一种基于三次谐波电流注入的三相功率因数校正变换器拓。

技术介绍

[0002]在现代社会，交
‑
直变换器在很多领域都起到了重要作用。例如，世界各国都采用交流配供电方式，而目前大多数电力电子设备的本质是直流负载，这使得直流用电设备无法直接从交流电网取电使用，此时交
‑
直变换器可被认为是一个转换接口，将交流电网的三相交流电转换成直流电，供直流用电设备直接使用。
[0003]目前成本较低的交
‑
直变换器是基于二极管的三相不控整流电路，通过二极管的正向导通特性将交流电网的三相电转换输出为脉动的直流电。三相不控整流电路输出的脉动直流电不能直接供直流设备使用，一般会在整流电路后接一个直
‑
直变换电路，将整流电路输出的脉动直流电转换为脉动极其微小的直流电供直流设备使用，避免损坏直流用电设备。由于二极管的不可控性，三相不控整流电路正常运行时会使交流电网侧的电流发生严重畸变，在电网侧产生大量以三次谐波电流为主的谐波电流，造成交流电网的污染，严重时甚至会影响交流电网的正常稳定运行。为抑制交流电网污染，目前主要有两种方法来消除或减少交流电网侧的高次谐波电流。第一种方法是采用滤波技术减少交流电网侧的谐波电流，该方法通过引入滤波电路减少电网侧的谐波电流，但未从根本上抑制谐波电流的产生，只能一定程度上抑制电网污染。第二种方法是采用功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)技术，该技术以全控型功率器件为基础，从根本消除交流电网中的谐波电流出发，合理地设计高功率因数、低输入电流畸变的电力电子变换器装置，该方法能在极大程度上抑制电网污染，进而有效改善系统功率因数。
[0004]传统基于三次谐波电流注入的三相PFC变换器是一种典型的谐波电流注入型三相PFC变换器，该变换器的导通损耗较低，能较好地实现电网电流正弦化，但变换器所需箝位电路复杂，且谐波电流注入电路中存在多个双向开关。受限于现阶段功率器件的发展水平，目前双向开关通常由多个分离的功率器件构成，其制造难度和制造成本均较大，同时分离器件也会限制系统功率密度和转换效率的提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：如何有效提高三相二极管不控整流系统功率因数，提高系统运行效率，同时易于实现。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于三次谐波电流注入的三相功率因数校正变换器，包括：
[0007]基于二极管的三相不控全桥整流电路(a)、基于全控型功率器件的三相桥式全控电路(b)、直流斩波电路(c)、输入滤波器(d)和三个电感(e)；
[0008]三相不控全桥整流电路(a)直流侧的正端直流母线与三相桥式全控电路(b)直流
侧的正端直流母线连接，三相不控全桥整流电路(a)直流侧的负端直流母线与三相桥式全控电路(b)直流侧的负端直流母线连接；
[0009]输入滤波器(d)中电容C
a
、电容C
b
和电容C
c
的一端连接在一起，电容C
a
的另一端连接到滤波电感L
1a
和滤波电感L
2a
的中间，电容C
b
的另一端连接到滤波电感L
1b
和滤波电感L
2b
的中间，电容C
c
的另一端连接到滤波电感L
1c
和滤波电感L
2c
的中间；
[0010]三个电感(e)中，电感L
a
、电感L
b
和电感L
c
的一端分别连接三相桥式全控电路(b)交流侧的相应桥臂，电感L
a
的另一端连接到三相滤波器(d)中相应滤波电感L
2a
的输出端，电感L
b
的另一端连接到三相滤波器(d)中相应滤波电感L
2b
的输出端，电感L
c
的另一端连接到三相滤波器(d)中相应滤波电感L
2c
的输出端；
[0011]直流斩波电路(c)采用Boost型DC/DC变换电路，包括二极管S1、全控型功率开关管S2、稳压电容C
dc
和储能电感L
dc
，电感L
dc
的一端与三相不控全桥整流电路(a)和三相桥式全控电路(b)的直流母线正端相连，电感L
dc
的另一端分别与全控功率开关管S2、二极管S1连接，开关管S2的另一端连接在电容C
dc
的正端，二极管S1的另一端连接在电容C
dc
的负端，电容C
dc
的负端与分别与三相不控全桥整流电路(a)、三相桥式全控电路(b)的直流母线负端相连，稳压电容C
dc
正负两端的直流输出电压引出，作为直流斩波电路(c)和整个功率因数校正变换器的输出，供直流用电设备取电使用。
[0012]本专利技术达到的有益效果是：
[0013]本专利技术的基于三次谐波电流注入的三相功率因数校正变换器可抑制电网污染，提高电网三相输入电流的正弦化程度，进而提高功率因数，使系统具有较高的运行效率；同时消除了传统基于三次谐波电流注入式三相PFC变换器所需的双向开关，制造难度和制造成本下降，更加易于实现。
附图说明
[0014]图1是本专利技术具体实施方式中功率因数校正变换器的拓扑结构；
[0015]图2是本专利技术具体实施方式中直流斩波电路输入侧直流电压U
PN
与输出侧直流电压U
dc
的实例波形；
[0016]图3是本专利技术具体实施方式中所需注入三次谐波电流参考值i
3*
与实际值i3的实例波形；
[0017]图4是本专利技术具体实施方式中交流电网侧三相电流和三相电压的实例波形。
具体实施方式
[0018]针对本专利技术所提出的一种基于三次谐波电流注入的三相功率因数校正变换器，以下将结合附图1
‑
图4，对本专利技术的技术方案进行进一步详细说明。
[0019]本专利技术具体实施方式公开了一种基于三次谐波电流注入的三相功率因数校正变换器，其拓扑结构如图1所示，包括：
[0020]基于二极管的三相不控全桥整流电路(a)、基于全控型功率器件的三相桥式全控电路(b)、直流斩波电路(c)、输入滤波器(d)和三个电感(e)；
[0021]三相不控全桥整流电路(a)直流侧的正端直流母线与三相桥式全控电路(b)直流侧的正端直流母线连接，三相不控全桥整流电路(a)直流侧的负端直流母线与三相桥式全
控电路(b)直流侧的负端直流母线连接；
[0022]输入滤波器(d)中电容C
a
、电容C
b
和电容C
c
的一端连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三次谐波电流注入的三相功率因数校正变换器，其特征在于，包括：基于二极管的三相不控全桥整流电路(a)、基于全控型功率器件的三相桥式全控电路(b)、直流斩波电路(c)、输入滤波器(d)和三个电感(e)；三相不控全桥整流电路(a)直流侧的正端直流母线与三相桥式全控电路(b)直流侧的正端直流母线连接，三相不控全桥整流电路(a)直流侧的负端直流母线与三相桥式全控电路(b)直流侧的负端直流母线连接；输入滤波器(d)中电容C
a
、电容C
b
和电容C
c
的一端连接在一起，电容C
a
的另一端连接到滤波电感L
1a
和滤波电感L
2a
的中间，电容C
b
的另一端连接到滤波电感L
1b
和滤波电感L
2b
的中间，电容C
c
的另一端连接到滤波电感L
1c
和滤波电感L
2c
的中间；三个电感(e)中，电感L
a
、电感L
b
和电感L
c
的一端分别连接三相桥式全控电路(b)交流侧的相应桥臂，电感L
a
的另一端连接到三相滤波器(d)中相应滤波电感L
2a
的输出端，电感L
b
的另一端连接到三相滤波器(d)中相应滤波电感L
2b
的输出端，电感L
c
的另一端连接到三相滤波器(d)中相应滤波电感L
2c
的输出端；直流斩波电路(c)采用Boost型DC/DC变换电路，包括二极管S1、全控型功率开关管S2、稳压电容C
dc
和储能电感L
dc
，电感L
dc
的一端与三相不控全桥整流电路(a)和三相桥式全控电路(b)的直流母线正端相连，电感L
dc
的另一端分别与全控功率开关管S2、二极管S1连接，开关管S2的另一端连接在电容C
dc
的正端，二极管S1的另一端连接在电容C
dc
的负端，电容C
dc
的负端与分别与三相不控全桥整流电路(a)、三相桥式全控电路(b)的直流母线负端相连，稳压电容C
dc
正负两端的直流输出电压引出，作为直流斩波电路(c)和整个功率因数校正变换器的输出，供直流用电设备取电使用。2.根据权利要求1所述的基于三次谐波电流注入的三相功率因数校正变换器，其特征在于：所述三相不控全桥整流电路(a)采用不可控的二极管。3.根据权利要求1所述的基于三次谐波电流注入的三相功率因数校正变换器，其特征在于：所述三相桥式全控电路(b)采用全控型功率器件IGBT，通过控制6个IGBT向电网注入三次谐波电流，补偿三相不控全桥整流电路(a)正常工作时在交流电网侧产生的三次谐波电流。4.根据权利要求1所述的基于三次谐波电流注入的三相功率因数校正变换器，其特征在于：所述三相桥式全控电路(b)的控制方法，具体包括如下步骤：S1.1：实时采集交流电网侧的三相相电压u
a
、u
b
和u
c
，设电压u
a
、电压u
b
和电压u
c
分别为150sin(100πt)、150sin(100πt
‑
2π/3)和150sin(100πt+2π/3)，其中t为时间变量；S1.2：实时比较电压u
a
、电压u
b
和电压u
c
的大小，在三相桥式全控电路(b)中对相电压为中间值所对应相的上下桥臂进行PWM调制，产生相应的桥臂控制信号，进而实现对三相桥式全控电路(b)的控制。5.根据权利要求4所述的基于三次谐波电流注入的三相功率因数校正变换器，其特征在于：在步骤S1.2中，对与三相桥式全控电路(b)相连且三相输入相电压为中间值所对应相的电感L
i
(i＝a,b,c)采用电流闭环控制，产生相电压为中间值所对应相上下桥臂的占空比，进而对应相桥臂的控制信号，实现对三相桥式全控电路(b)的控制。6.根据权利要求5所述的基于三次谐波电流注入的三相功率因数校正变换器，其特征
在于：在步骤S1.2中,具体的步骤如下：S1.2.1：计算电感L
i
(i＝a,b,c)的参考电流，具体计算步骤如下：S1.2.1.1：根据S1.1采集所得的三相交流电网相电压u
a
、u
b
和u
c
，采用Clark变换，由式(1)计算其三相电压u
a
、u
b
和u
c
在两相αβ静止坐标系的两个电压分量u
α
和u
β
：S1.2.1.2：根据功率因数校正变换器所需传输的有功功率P
*
，设为A，结合交流电网期望的无功功率Q
*
，设为B，由式(2)计算三相电网电流在两相αβ静止坐标系的参考电流分量i
α*
和参考电流分量i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙弈骁，
申请(专利权)人：孙弈骁，
类型：发明
国别省市：