单相四象限整流器的脉冲控制方法、装置及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号控制技术，尤其涉及一种单相四象限整流器的脉冲控制方法、装置及系统。
【背景技术】
[0002]在我国的铁路系统中大部分采用的是单相25KV供电机制，通过接触网向机车供电，经钢轨回流。由于25KV电压过高，并且只有单相，无法直接用于电机控制，所以在机车上会有一个整流装置，由于该整流装置是单相的，能工作于四个象限，能量能双向流动，即能够进行能量回馈，所以该整流装置简称单相四象限整流器。单相25KV经过变压器再经过单相四象限整流器，会得到一个稳定的直流电压，该直流电压称为中间电压，牵引逆变器和辅助逆变器再将这个稳定的中间电压逆变成各自需要的交流电压。
[0003]图1为现有的单相四象限整流器的脉冲控制电路结构示意图。如图1所示，单相四象限整流器10包括:第一桥臂11和第二桥臂12，其中，第一桥臂11包括第一绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称 IGBT) 13 和第二 IGBT14,第二桥臂12包括第三IGBT15和第四IGBT16。控制装置17将4路脉冲宽度调制(Pulse WidthModulat1n,简称PWM)信号分别输入至第一 IGBT13、第二 IGBT14、第三IGBT15和第四IGBT16的门极，并根据脉冲周期t控制4路PWM信号的电压(高电平或低电平)，使得4个IGBT周期性导通，其中，输入至第一 IGBT13和第二 IGBT14的2个PWM信号互补(即任一时刻，2个PWM信号中一个为高电平而另一个为低电平)，输入至第三IGBT15和第四IGBT16的2个PWM信号互补，使得单相四象限整流器10输出稳定的中间电压。每个脉冲周期t结束后，控制装置17计算一次脉冲占空比S，以控制4个IGBT在下一个脉冲周期t内的导通或截止时间，即在电网电压一个周期内，每个IGBT的开关频率为f=l/t，控制装置17的控制频率为f=l/t。
[0004]但是，现有技术存在如下缺陷:受IGBT本身特性的限制，IGBT在单位时间内的散热量有限，而IGBT的散热量与IGBT的开关频率正相关，因此使得IGBT在单位时间内的开关频率有限，进而使得控制装置的控制频率有限，控制装置的控制精度较低，不利于单相四象限整流器输出稳定的中间电压。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种单相四象限整流器的脉冲控制方法、装置及系统，用以解决现有技术中存在的控制装置的控制频率有限，控制装置的控制精度较低，不利于单相四象限整流器输出稳定的中间电压的问题。
[0006]一方面，本发明提供了一种单相四象限整流器的脉冲控制方法，包括:
[0007]实时检测电网电压的相位；
[0008]在所述电网电压一个周期内，若检测到所述电网电压的相位大于0，则根据脉冲周期控制单相四象限整流器的第一桥臂的第一绝缘栅双极型晶体管IGBT和所述第一桥臂的第二 IGBT周期性导通，且当所述第一 IGBT截止时所述第二 IGBT导通，当所述第一 IGBT导通时所述第二 IGBT截止；以及控制所述单相四象限整流器的第二桥臂的第三IGBT截止且所述第二桥臂的第四IGBT截止；所述脉冲周期为T=l/2f，其中，T为所述脉冲周期，f为所述IGBT在所述电网电压一个周期内的开关频率，f小于或者等于所述IGBT在所述电网电压一个周期内的开关频率阈值F ;
[0009]在所述电网电压一个周期内，若检测到所述电网电压的相位小于或者等于0，则根据所述脉冲周期控制所述第三IGBT和所述第四IGBT周期性导通，且当所述第三IGBT截止时所述第四IGBT导通，当所述第三IGBT导通时所述第四IGBT截止；以及控制所述第一IGBT截止且所述第二 IGBT截止。
[0010]另一方面，本发明还提供了一种单相四象限整流器的脉冲控制装置，包括:
[0011]检测单元，用于实时检测电网电压的相位；
[0012]控制单元，用于在所述电网电压一个周期内，若所述检测单元检测到所述电网电压的相位大于0，则根据脉冲周期控制单相四象限整流器的第一桥臂的第一绝缘栅双极型晶体管IGBT和所述第一桥臂的第二 IGBT周期性导通，且当所述第一 IGBT截止时所述第二IGBT导通，当所述第一 IGBT导通时所述第二 IGBT截止；以及控制所述单相四象限整流器的第二桥臂的第三IGBT截止且所述第二桥臂的第四IGBT截止；所述脉冲周期为T=l/2f，其中，T为所述脉冲周期，f为所述IGBT在所述电网电压一个周期内的开关频率，f小于或者等于所述IGBT在所述电网电压一个周期内的开关频率阈值F ;或者，
[0013]用于在所述电网电压一个周期内，若所述检测单元检测到所述电网电压的相位小于或者等于0，则根据所述脉冲周期控制所述第三IGBT和所述第四IGBT周期性导通，且当所述第三IGBT截止时所述第四IGBT导通，当所述第三IGBT导通时所述第四IGBT截止；以及控制所述第一 IGBT截止且所述第二 IGBT截止。
[0014]另一方面，本发明还提供了一种单相四象限整流器的脉冲控制系统，包括:单相四象限整流器和如上所述的单相四象限整流器的脉冲控制装置。
[0015]本发明提供的单相四象限整流器的脉冲控制方法、装置及系统，在所述电网电压一个周期内，当电网电压的相位大于O时，根据脉冲周期T控制单相四象限整流器的第一桥臂的两个IGBT周期性导通，第二桥臂的两个IGBT截止。当电网电压的相位小于或者等于O时，根据脉冲周期T控制第二桥臂的两个IGBT周期性导通，第一桥臂的两个IGBT截止。且脉冲周期T=l/2f，f为IGBT在电网电压一个周期内的开关频率(f小于或者等于IGBT在电网电压一个周期内的开关频率阈值F)，即IGBT在电网电压的一个半周期内的开关频率为1/T=2f，在电网电压的另一个半周期内的开关频率为0，因此IGBT在电网电压的一个整周期内的开关频率为f，控制装置的控制频率为1/T=2f，实现了在电网电压一个周期内，在不改变IGBT在电网电压一个周期内的开关频率f (小于或者等于其在电网电压一个周期内的开关频率阈值F)的情况下，控制装置的控制频率2f相比于现有技术中控制装置的控制频率f提高了一倍，从而提高了控制装置的控制精度，有利于单相四象限整流器输出稳定的中间电压，同时提高了控制装置的动态响应速度。
【附图说明】
[0016]图1为现有的单相四象限整流器的脉冲控制电路结构示意图；
[0017]图2为本发明提供的单相四象限整流器的脉冲控制方法一个实施例的流程示意图；
[0018]图3为本发明提供的单相四象限整流器的脉冲控制装置一个实施例的结构示意图；
[0019]图4为本发明提供的单相四象限整流器的脉冲控制系统一个实施例的结构示意图；
[0020]图5为图4所示实施例的单相四象限整流器的脉冲控制系统的一种实现场景的示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面通过具体的实施例及附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0022]图2为本发明提供的单相四象限整流器的脉冲控制方法一个实施例的流程示意图。本实施例采用的电路图仍为图1所示的电路图，如图1、图2所示，该方法具体可以包括:
[0023]S201，实时检测电网电压的相位。
[0024]具体的，可以通过电压传感器实时检测电网电压的相位。在电网电压一个周期内，若检测到电网电压的相位大于0，则执行步骤S202 ;若检测到电网电压的相位小于或者等于0，则执行步骤S203。
[0025]S202，在电网电压一个周期内，若检测到电网电压的相位大于0，则根据脉冲周期控制单相四象限整流器10的第一桥臂11的第一绝缘栅双极型晶体管IGBT13和第一桥臂11的第二 IGBT14周期性导通，且当第一 IGBT13截止时第二 IGBT14导通，当第一 IGBT13导通时第二 IGBT14截止；以及控制单相四象限整流器10的第二桥臂12的第三IGBT15截止且第二桥臂的第四IGBT16截止；脉冲周期为T=l/2f，其中，T为脉冲周期，f为IGBT在电网电压一个周期内的开关频率，f小于或者等于所述IGBT在所述电网电压一个周期内的开关频率阈值F。
[0026]具体的，在电网电压一个周期内，若步骤S201中检测到电网电压的相位大于0，则控制装置17向单相四象限整流器10的第一桥臂11的两个IGBT (第一 IGBT13和第二IGBT14)的门极分别输入一路脉冲周期为T的PWM脉冲信号，以控制这两个IGBT周期性导通或截止，即每隔一个脉冲周期T，第一桥臂11的两个IGBT导通或截止一次。且输入至这两个IGBT的两路PWM脉冲信号互补，即任一时刻，2路PWM信号中一路为高电平而另一路为低电平，使得这两个IGBT的开关状态相反，即当第一 IGBT13截止时第二 IGBT14导通，当第一 IGBT13导通时第二 IGBT14截止。同时控制装置17向单相四象限整流器10的第二桥臂12的两个IGBT (