三相APFC的校正电路、方法及空调器与流程

文档序号:14952744发布日期:2018-07-17 22:55阅读:333来源:国知局

本发明涉及空调技术领域,特别涉及一种三相apfc的校正电路、方法及空调器。



背景技术:

目前,三相电源变频空调已得到广泛应用,然而在其使用的过程中会存在为电源谐波问题。为解决这一技术问题,现有技术一般采用三相apfc(有源功率因数校正)控制电路,这就需要采样三相电源的电流和电压信号,但又因电流信号与控制电路不共地,因此现有技术一般都采用隔离的电流传感器(s1\s2)采样三相电路,明显地,三相apfc控制电路的器件成本会很高。



技术实现要素:

有鉴于此,本发明旨在提出一种三相apfc的校正电路、方法及空调器,在至少两个电压源的桥臂一端各设置一电阻,处理电路确定流经至少两个电阻的电路,再结合三相电流相加为零的性质,即可采样得到三相电流的取值,从而能够较为简便地实现三相电流的正弦化。

为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:

一种三相apfc的校正电路,包括:

三相电压源,用于提供三相交流电;

三个第一桥臂,各第一桥臂的一端分别与各三相电压源连接,且至少两个第一桥臂的另一端分别与一电阻连接;以及

处理电路,与至少两个电阻相连接,用于确定一个pwm周期内流经至少两个电阻的电流,从而获取所述三相交流电的三相电流。

进一步的,还包括:

三个第二桥臂,各第二桥臂分别与各第一桥臂一一相连,三相电压源分别通过一电感或电抗接于三对第一桥臂和第二桥臂之间,且各所述第一桥臂与第二桥臂均为一可控功率器件。

进一步的,还包括:

两个采样电路,各采样电路包括一与所述处理电路连接的运算放大器和分别与两个电压源相连的采样电阻网络,所述采样电路用于采样三个电压差中的任意两个电压差,所述三个电压差指三相交流电中任意两个电压的电压差;以及将任意两个电压差输出至所述处理电路,从而获取所述三相交流电的三相电压;

其中,所述三个电压差指三相交流电中任意两个电压的电压差。

进一步的,所述处理电路还用于根据所述三相电压的正负相位,将所述三相电压的各pwm周期划分为6个区间;在每个区间内判断所述三相交流电的电流方向,保持所述第一桥臂的开启和第二桥臂的关断;以及采样至少两个电阻上的电压并进行运算,从而确定流经至少两个电阻的电流。

进一步的,所述至少两个电阻还分别与一运算放大器相连,用于放大所述电阻上的电压。

进一步的,还包括:

一滤波电容,与三对第一桥臂和第二桥臂连接,用于滤除流经所述滤波电容的电压中的纹波;以及

并联电阻网络,与所述滤波电容并联,用于确定所述滤波电容两端的电压。

进一步的,所述处理电路还包括:

clark变换单元,用于将所述三相电压通过坐标变换转换为静止坐标下的二元电压,以及获取所述三相电压的相位角度;

第一park变换单元,用于将所述三相电压通过坐标变换转换为旋转坐标下的二元电压;

第二park变换单元,用于根据所述相位角度,将所述三相电流通过坐标变换转换为旋转坐标下的二元电流;

第一调节器,根据滤波电容两端的电压与一参考电压,确定二元参考电流相对于旋转坐标下的二元电流的一个给定值,另一个给定值为0;

第二调节器,用于结合两个给定值以及旋转坐标下的二元电流,确定调节后的二元电压;

park逆变换单元,用于将所述调节后的二元电压和所述旋转坐标下的二元电压进行park逆变换,确定逆变换后的二元电压;以及

svpwm单元,用于根据滤波电容两端的电压和所述逆变换后的二元电压,确定占空比,并将该占空比输出至由三对第一桥臂和第二桥臂组成的pwm整流桥,以实现三相交流电的正弦化。

一种三相apfc的校正方法,采用以上任一所述的三相apfc的校正电路,其包括:

提供三相交流电;

在三个第一桥臂中的至少两个第一桥臂的一端分别连接一电阻;以及

确定一个pwm周期内流经至少两个电阻的电流,从而获取所述三相交流电的三相电流。

进一步的,确定流经至少两个电阻的电流,获取所述三相交流电的三相电流的具体子步骤包括:

根据所述三相电压的正负相位,将所述三相电压的各pwm周期划分为6个区间;

在每个区间内判断所述三相交流电的电流方向,保持所述第一桥臂的开启和所述第二桥臂的关断;以及

采样各区间内至少两个电阻上的电压并进行运算,从而确定流经至少两个电阻的电流。

进一步的,还包括:

采样三个电压差中的任意两个电压差,所述三个电压差指三相交流电中任意两个电压的电压差;

根据所述任意两个电压差获取所述三相交流电的三相电压,其中,所述三个电压差指三相交流电中任意两个电压的电压差;

将所述三相电压通过坐标变换转换为静止坐标下的二元电压,以及获取所述三相电压的相位角度;

将所述三相电压通过坐标变换转换为旋转坐标下的二元电压;

根据所述相位角度,将所述三相电流通过坐标变换转换为旋转坐标下的二元电流;

根据滤波电容两端的电压与一参考电压,确定二元参考电流相对于旋转坐标下的二元电流的一个给定值,另一个给定值为0;

结合两个给定值以及旋转坐标下的二元电流,确定调节后的二元电压;

将所述调节后的二元电压和所述旋转坐标下的二元电压进行park逆变换,确定逆变换后的二元电压;以及

根据滤波电容两端的电压和所述逆变换后的二元电压,确定占空比,并将该占空比输出至由三对第一桥臂和第二桥臂组成的pwm整流桥,以实现三相交流电的正弦化。

一种空调器,包括以上任一所述的三相apfc的校正电路。

相对于现有技术,本发明所述的缓冲器及空调器具有以下优势:

(1)不需使用电流采样器,只需至少两个电阻(由于三相电流相加为0,当有三个电阻时,还可以求得的验证三相电流是否准确;当有两个电阻时,能够简化电路,方便操作),处理电路即可获取电阻上的电压,再结合三相电流相加为零,通过运算即可获得三相电流的大小,结构简单,节省成本。

(2)还可以在电阻与处理电路之间增加运算放大器,放大电阻上的电压,从而获得更精准的三相电流。

(3)根据三相电压的正负相位,将所述三相电压的各pwm周期划分为6个区间,并分别在各区间内采样至少两个电阻上的电压并进行运算,从而确定流经至少两个电阻的电流,操作简单。

(4)本发明还采样得到三相电压,并将三相电压和三相电流进行坐标上的转换,结合滤波电容两端的电压与参考电压,获得同相位的二元电压和二元电流,经过调节器、逆变换等处理,得到占空比并输出至pwm(脉冲宽度调制)整流桥,实现三相电流的正弦化,从而达到功率因数校正的目的。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:

图1为本发明实施例的三相apfc的校正电路的电路示意图。

图2为本发明一具体实施例的三相电压的曲线示意图。

图3为图2中三相电压位于v区间时的电流流向示意图。

图4为本发明实施例的三相apfc的校正电路的进一步电路示意图。

图5为本发明实施例的三相apfc的校正方法的步骤示意图。

图6为本发明实施例的步骤s3的子步骤示意图。

图7为本发明一具体实施例的三相apfc的校正方法的步骤示意图。

具体实施方式

需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

目前,现有技术一般都采用隔离的电流传感器(s1\s2)采样三相电路,存在成本较高的问题。有鉴于此,本发明提供了一种三相apfc的校正电路、方法及空调器,不需使用电流采样器,只需至少两个电阻(由于三相电流相加为0,当有三个电阻时,还可以求得的验证三相电流是否准确;当有两个电阻时,能够简化电路,方便操作),处理电路即可获取电阻上的电压,再结合三相电流相加为零,通过运算即可获得三相电流的大小,其结构简单,节省成本。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1为本发明实施例的三相apfc的校正电路的电路示意图,如图1所示,该三相apfc的校正电路包括:

三相电压源,用于提供三相交流电;

三个第一桥臂,各第一桥臂的一端分别与各三相电压源连接,且至少两个第一桥臂的另一端分别与一电阻连接;以及

处理电路,与至少两个电阻相连接,用于确定流经至少两个电阻的电流,从而获取所述三相交流电的三相电流,其中,所述三相交流电的电流ia、ib和ic满足关系:ia+ib+ic=0。

可以理解的是,至少两个电阻指两个电阻或者三个电阻,也就是说任意两个第一桥臂的另一端分别与一电阻连接、或者每个第一桥臂的另一端分别与一电阻连接。又因为三相电流相加为0,当有三个电阻时,还可以求得的验证三相电流是否准确;当有两个电阻时,能够简化电路,方便操作,具体选择可以根据实际要求进行选择。

本发明实施例中,该校正电路还包括三个第二桥臂,各第二桥臂分别与各第一桥臂一一相连,三相电压源分别通过一电感或电抗接于三对第一桥臂和第二桥臂之间,且各所述第一桥臂与第二桥臂均为一可控功率器件(例如绝缘栅双极型晶体管igbt、金氧半场效应晶体管mosfet或者智能功率模块ipm)。

需要说明的是,第一桥臂与第二桥臂不限其摆放放置。以图1为例,本实施例中的三个第一桥臂是指与分别与两个电阻r8和r7相连接的q4和q6(即两个下桥臂),以及未与这两个电阻相连的一对可控功率器件q1和q2之中的任一个,三个第二桥臂指q3、q5(即两个上桥臂)和q1和q2之中的另一个。此外,在其他实施例中,这两个电阻还可以分别与一上桥臂和一下桥臂相连,或者与两个上桥臂相连,其具体情况与图1类似,在此不再赘述。

其次,还可以在电阻与处理电路之间增加运算放大器,用于放大电阻上的电压,从而将放大后的电压输出至处理电路运算,获得更精准的三相电流。

为了完成三相apfc的校正,还需对三相电压采样,该校正电路还包括:两个采样电路。各采样电路包括一与所述处理电路连接的运算放大器和分别与两个电压源相连的采样电阻网络(本实施例中为两个采样电阻),所述采样电路用于采样三个电压差中的任意两个电压差,所述三个电压差指三相交流电中任意两个电压的电压差(即ubc、uac和uab);以及将任意两个电压差输出至所述处理电路,从而获取所述三相交流电的三相电压;其中,所述三个电压差指三相交流电中任意两个电压的电压差,所述三相交流电的电压va、vb和vc满足关系:va+vb+vc=0。

还需说明的是,该校正电路还可以包括三个采样电路,得到三个电压差,再结合三个电压相加为0的规律,以此检验求得的三个电压是否准确。

请再结合图1,在本实施例中,采样电路1和采样电路2分别与电压源eb和ec、ea和eb相连接,分别采样了ubc和uab这两个电压差,再通过va+vb+vc=0,即可获得三相电压的电压值。在其他实施例中,采样电路还可以采样ubc和uac、uab、uac和uac、或者uab和uac,其实际情况与本实施例类似,在此不再赘述。

接着就结合图2和图3,详细说明一具体实施例中校正电路中的电流流向。图2为本发明一具体实施例的三相电压的曲线示意图,如图2所示,根据三相电压的正负关系,将三相电压划分为6个区间i~vi。图3为图2中三相电压位于v区间时的电流流向示意图,如图3所示,在v区间内,以电流流出的方向为正,vc>0,va<0,vb<0,因此ic>0,ia<0,ib<0,此时,ec的电流流出,流向eb和ea。

在本发明中,处理电路还用于根据所述三相电压的正负相位,将所述三相电压的各pwm周期划分为6个区间;在每个区间内判断所述三相交流电的电流方向,保持所述第一桥臂(q1、q3和q5)的开启和第二桥臂(q2、q4和q6)的关断;以及采样各区间内至少两个电阻上的电压并进行运算,从而确定流经至少两个电阻的电流。

在图3中,r8和r7上必须有电流经过才能采样到三相电流中的两个电流,也就是说,与r8、r7相连的q4和q6必须为开启状态,q3和q5为关断状态,q1和q2中有一个为开启状态即可,在此,以q2为开启状态为例。ic流经q6并分为两路,一路经过r8、q4、lb(例如电感或电抗器)直到eb,另一路经过q2、la直到ea。因此,r8上有-ib流过,r7上有ic流过,由此可以采样得到ia、ib和ic。在其他区间内,三相电流可以通过类似的方法采样得到,在此不再赘述。

根据本发明的一些实施例,图4为本发明实施例的三相apfc的校正电路的进一步电路示意图,如图4所示,该校正电路还可以包括:

一滤波电容c1,与三对第一桥臂和第二桥臂相连接,用于滤除流经所述滤波电容的电压中的纹波;以及

并联电阻网络(本实施例为r5和r6),与所述滤波电容并联,用于确定c1两端的电压,由于c1两端的电压过大,处理电路直接获取其两端的电压可能会产生故障,因此本实施例中,处理电路获取r6两端电压,再根据r5和r6的分压情况确定c1两端的电压。在其他实施例中,并联电阻网络还可以为三个或者更多电阻,其情况与本实施例类似,在此不再赘述。

在采样得到三相电流和三相电压之后,还需要进行一系列变换、调节及逆变换,在一些实施例中,处理电路还包括:

clark变换单元,将三相电压通过(va、vb和vc)坐标变换转换为静止坐标下的二元电压(vα和vβ),以及获取所述三相电压的相位角度θ;

第一park变换单元,用于将所述三相电压(va、vb和vc)通过坐标变换转换为旋转坐标下的二元电压(vd和vq);

第二park变换单元,用于根据所述相位角度,将所述三相电流(ia、ib和ic)通过坐标变换转换为旋转坐标下的二元电流(iq和id);

第一调节器(例如pid调节器或pi调节器),根据滤波电容两端的电压vdc与一参考电压vdc-ref,确定二元参考电流相对于旋转坐标下的二元电流(iq和id)的一个给定值idref,另一个给定值iqref为0;

第二调节器,用于结合两个给定值以及旋转坐标下的二元电流,确定调节后的二元电压;

park逆变换单元,用于将所述调节后的二元电压和所述旋转坐标下的二元电压进行park逆变换,确定逆变换后的二元电压;

svpwm单元,用于根据滤波电容两端的电压(vdc)和所述逆变换后的二元电压(uα和uβ),确定占空比,并将该占空比输出至由三对第一桥臂和第二桥臂组成的pwm整流桥,以实现三相交流电的正弦化。

本发明的另一方面,还提供了一种三相apfc的校正方法,采用前述的三相apfc的校正电路,对三相交流电进行正弦化,图5为本发明实施例的三相apfc控制方法的步骤示意图,如图5所示,该控制方法包括以下步骤:

s1、提供三相交流电;

s2、在三个第一桥臂中的至少两个第一桥臂的一端分别连接一电阻;

s3、确定一个pwm周期内流经至少两个电阻的电流,从而获取所述三相交流电的三相电流,其中,所述三相交流电的电流ia、ib和ic满足关系:ia+ib+ic=0。

图6为本发明实施例的步骤s3的子步骤示意图,如图6所示,其中步骤s3的子步骤具体包括:

s31、根据所述三相电压的正负相位,将所述三相电压的各pwm周期划分为6个区间;

s32、在每个区间内判断所述三相交流电的电流方向,保持所述第一桥臂的开启和所述第二桥臂的关断;以及

s33、采样各区间内至少两个电阻上的电压并进行运算,从而确定流经至少两个电阻的电流。

还需说明的是,在采样三相电流之后,为了实现三相交流电的正弦化,还需采样三相电压,以及对三相电流和三相电压进行处理,如图7所示,后续的具体步骤为:

s4、采样三个电压差中的任意两个电压差,所述三个电压差指三相交流电中任意两个电压的电压差;

s5、根据所述任意两个电压差获取所述三相交流电的三相电压,其中,所述三个电压差指三相交流电中任意两个电压的电压差,所述三相交流电的电压va、vb和vc满足关系:va+vb+vc=0;

还需说明的是,还可以采样得到三个电压差,再结合三个电压相加为0的规律,以此检验求得的三个电压是否准确;

s6、将三相电压通过(va、vb和vc)坐标变换转换为静止坐标下的二元电压(vα和vβ),以及获取所述三相电压的相位角度θ;

s7、将所述三相电压(va、vb和vc)通过坐标变换转换为旋转坐标下的二元电压(vd和vq);

s8、根据所述相位角度,将所述三相电流(ia、ib和ic)通过坐标变换转换为旋转坐标下的二元电流(iq和id);

s9、根据滤波电容两端的电压vdc与一参考电压vdc-ref,确定二元参考电流相对于旋转坐标下的二元电流(iq和id)的一个给定值idref,另一个给定值iqref为0;

s10、分别结合两个给定值(idref和iqref)以及旋转坐标下的二元电流(iq和id),确定调节后的二元电压;

s11、将所述调节后的二元电压和所述旋转坐标下的二元电压(vd和vq)进行park逆变换,确定逆变换后的二元电压;

s12、根据滤波电容两端的电压(vdc)和所述逆变换后的二元电压(uα和uβ),确定占空比,并将该占空比输出至由三对第一桥臂和第二桥臂组成的pwm整流桥,以实现三相交流电的正弦化。

本发明的再一方面,还提供了一种空调器,包括前述的三相apfc的校正电路,能够实现三相电流的正弦化,达到功率因数校正的目的;且操作简单、结构简化,节省了成本。

综上,本发明的三相apfc的校正电路、方法及空调器,不需使用电流采样器,只需至少两个电阻,处理电路即可获取电阻上的电压,再结合三相电流相加为零,通过运算即可获得三相电流的大小,结构简单,节省成本。此外,还可以采样得到三相电压,并将三相电压和三相电流进行坐标上的转换,结合滤波电容两端的电压与参考电压,获得同相位的二元电压和二元电流,经过调节器、逆变换等处理,得到占空比并输出至pwm整流桥,实现三相电流的正弦化,从而达到功率因数校正的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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