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)整流器都需要檢測輸入交流電壓，通過跟蹤輸入電壓的波形實現(xiàn)對輸入電流波形的控制，從而實現(xiàn)提高功率因數(shù)和減少輸入電流諧波。該方法首先檢測三相輸入交流電壓信號，將這信號經(jīng)調(diào)理后作為輸入電流的參考信號，然后檢測輸入電流，根據(jù)輸入電流與參考信號的差別改變控制主回路功率管的PWM從而實現(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)用三個電壓傳感器檢測三相輸入電壓，增加了控制系統(tǒng)成本，同時，三個電壓傳感器的信號誤差或者傳導(dǎo)通道的干擾都會影響控制效果。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現(xiàn)無需輸入電壓傳感器，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實現(xiàn)，該電路一經(jīng)確定，控制系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)則無法調(diào)節(jié)，而且隨著控制電路中的元件的老化會出現(xiàn)參數(shù)飄移等問題，系統(tǒng)的控制效果會收到影響。


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三個輸入PFC電感接入三相輸入電源，三個雙向功率開關(guān)，主電路中的三個雙向功率開關(guān)由驅(qū)動電路接入DSP控制系統(tǒng)，首先獲得兩相第n個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)；計算每相交流側(cè)的等效額定負載電阻；計算額定功率時每相交流側(cè)的等效額定負載電阻；再計算三個雙向開關(guān)的下一個PWM控制周期的占空比，最后DSP控制系統(tǒng)在下一個PWM控制周期開始時將步驟上述得到的三個雙向開關(guān)占空比控制信號輸出控制對應(yīng)的三個雙向開關(guān)。
本發(fā)明采用DSP作為控制核心，三相三開關(guān)三電平電路作為主電路拓撲，根據(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、實際輸出直流電壓，通過公式推導(dǎo)出下一個PWM控制周期的三個雙向開關(guān)PWM的占空比，從而實現(xiàn)接近單位功率因數(shù)的無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是三個輸入功率因數(shù)校正PFC電感，Ka Kb Kc是三個雙向功率開關(guān)，D1～D6是6個整流二極管，C1C2是輸出濾波電容，Udc是檢測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)的主電路通過三個輸入PFC電感(La Lb Lc)接入三相輸入電源ea、eb、ec，三個雙向功率開關(guān)Ka、Kb、Kc的一端公共點接入兩個輸出電容C1、C2的中點，DSP控制系統(tǒng)輸入PWM信號經(jīng)驅(qū)動電路驅(qū)動后控制主電路中的三個雙向功率開關(guān)Ka、Kb、Kc。
如圖1，電路中需要對三個雙向開關(guān)Ka、Kb、Kc的占空比進行控制，通過對控制模型分析可以得到三個雙向開關(guān)Ka、Kb、kc的第n+1個PWM占空比

具體步驟如下 1)獲得兩相第n個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；計算每相交流側(cè)的等效額定負載電阻PΔ為整流器的額定功率；計算額定功率時每相交流側(cè)的等效額定負載電阻RΔ； 3)計算三個雙向開關(guān)Ka、Kb、Kc的下一個PWM控制周期的占空比Dn+1 式中 是第n+1個PWM控制周期各個雙向開關(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PWM控制周期開始時將步驟3)得到的三個雙向開關(guān)Ka、Kb、Kc占空比控制信號輸出控制對應(yīng)的三個雙向開關(guān)。
2、關(guān)于a、b兩相第n個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一個控制周期中的電流進行積分的方法得到一個開關(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采樣頻率遠高于開關(guān)控制周期頻率，這對硬件系統(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個周期PWM周期從nTs時刻開始到(n+1)Ts結(jié)束，iL是功率管開通時刻的電流，iH是功率管關(guān)斷時刻的電流，可以得到在第n個周期內(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，如圖2定義輸入電流的上升的中點為M1、下降的中點為M2為，這兩個點作為備用采樣點。
2)確定采樣點，根據(jù)第n個周期PWM周期占空比Dn大小確定采樣點，當Dn＜15％時確定M2為采樣點；當15％≤Dn≤85％時確定M1和M2都為采樣點；當Dn＞85％時確定M1為采樣點。
3)平均電流計算，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各采樣一次電流值，再根據(jù)占空比的情況進行處理，可以很大程度降低功率開關(guān)管開關(guān)的干擾。
采用該方法實現(xiàn)的整流效果如圖3所示，圖3中分別是樣機整流器輸入的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)的主電路通過三個輸入PFC電感(LaLbLc)接入三相輸入電源(eaebec)，三個雙向功率開關(guān)(KaKbKc)，主電路中的三個雙向功率開關(guān)(KaKbKc)由驅(qū)動電路接入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；計算每相交流側(cè)的等效額定負載電阻PΔ為整流器的額定功率；計算額定功率時每相交流側(cè)的等效額定負載電阻RΔ；
3)計算三個雙向開關(guān)(KaKbKc)的下一個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PWM控制周期開始時將步驟3)得到的三個雙向開關(guān)(KaKbKc)占空比控制信號輸出控制對應(yīng)的三個雙向開關(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為M1、下降的中點為M2作為備用采樣點；
2)根據(jù)第n個周期PWM周期占空比Dn大小確定采樣點，當Dn＜15％時確定M2為采樣點；當15％≤Dn≤85％時確定M1和M2都為采樣點；當Dn＞85％時確定M1為采樣點。
3)計算輸入電流平均值
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(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)；計算每相交流側(cè)的等效額定負載電阻、額定功率時每相交流側(cè)的等效額定負載電阻和三個雙向開關(guān)的下一個PWM控制周期的占空比，最后DSP控制系統(tǒng)在下一個PWM控制周期開始時將步驟上述得到的三個雙向開關(guān)占空比控制信號輸出控制對應(yīng)的三個雙向開關(guān)。本發(fā)明采用DSP作為控制核心實現(xiàn)接近單位功率因數(shù)的無輸入電壓傳感器三相有源功率因數(shù)整流。
文檔編號H02M1/42GK101807861SQ200910232280
公開日2010年8月18日 申請日期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, 史中權(quán) 申請人:河海大學常州校區(qū)