采用有源功率因数校正技术的多脉波整流器及其设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采用有源功率因数校正技术的多脉波整流器及其设计方法，属于电力电子技术领域。
【背景技术】
[0002]整流器是广泛应用的一类电力电子装置。然而，由于整流器件的强非线性，整理器产生了大量谐波，这将降低整流器的功率因数，并引起交流电压畸变等后果。
[0003]总体而言，现有技术中解决整流器谐波污染问题的基本思路主要有两种，第一种是被动型谐波抑制，主要是在电力系统或谐波负载的交流侧加装无源滤波器、有源滤波器或者混合滤波器等装置对电流实施谐波补偿。然而，在很多场合，滤波器的功率等级与整流器的功率等级相差不大，这种补偿方式不仅会增加整个系统的成本、加大系统损耗，还会降低系统的可靠性，同时这种补偿措施是被动性的，是在谐波产生后再进行抑制，此时谐波对系统的影响已经产生；第二种是主动型谐波抑制方案，主要针对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，或根据需要对其功率因数进行控制；一般又可以将主动型谐波抑制方案分为两类。第一类采用PWM整流器来进行改进，目前已经大量运用。第二类主要采用多脉波变流技术。多脉波整流技术通过移相多重联结多个全桥或半桥整流电路对同一负载供电，使一个整流桥产生的谐波可被其他整流桥产生的谐波所抵消。相比较于PWM整流器，MPR具有实现简单，成本低，可靠性高等优点，已在高压直流输电和飞机整流器等大功率整流系统中得到了广泛应用。
[0004]在理论上，多脉波整流器的脉波数越多，对谐波的抑制效果越好。但是，脉波数越多，多脉波整流器所用移相变压器的结构越复杂，体积越大。另外，现有多脉波整流器多采用二极管作为整流器件，这将整流器的输出电压不可控，不利于扩展多脉波整流器的应用场合。
【发明内容】
[0005]为了抑制多脉波整流器输入电流中的谐波，并使多脉波整流器的输出电压可控，本发明提供了一种采用有源功率因数校正技术的多脉波整流器。
[0006]本发明所述的采用有源功率因数校正技术的多脉波整流器及其设计方法，它包括角/角/星形连接的隔离变压器、第一组三相桥式整流电路、第二组三相桥式整流电路、第一组升压斩波电路、第二组升压斩波电路、同步电路、控制电路、驱动电路。
[0007]角/角/星形连接的隔离变压器包含9个绕组，其中原边3个绕组角形联结，组成输入绕组，输入绕组与三相输入电压相连；副边的3个绕组角形联结，组成第一组输出绕组；副边的另外3个绕组星形联结，组成第二组输出绕组；第一组输出绕组与第二组输出绕组输出两组存在30°相位差的三相电压。
[0008]第一组三相桥式整流电路的输入端与第一组输出绕组相连，第二组三相桥式整流电路的输入端与第二组输出绕组相连；第一组三相桥式整流电路的输出端和第一组升压斩波电路的输入端相连，第二组三相桥式整流电路的输出端和第二组升压斩波电路的输入端相连，第一组升压斩波电路的输出端与第二组升压斩波电路的输出端均连至同一个电容器，负载再与电容器并联。
[0009]本发明所述的基于上述系统的谐波抑制方法，它将负载连接在所述谐波抑制系统的正极输出端和谐波抑制系统的负极输出端之间，它的谐波抑制方法为:由同步电路采集多脉波整流系统的线电压信号，并进行转换产生三角波信号，由控制电路将此三角波信号与负载电压信号和给定的负载电压信号之间的差值相乘，产生参考电感电流信号；参考电感电流信号与第一组升压斩波电路的电感电流作差，经过PI调节后，送入PWM信号产生器产生第一路PWM信号，PWM信号经过驱动电路控制第一组升压斩波电路的绝缘栅双极晶体管；参考电感电流信号与第二组升压斩波电路的电感电流作差，经过PI调节后，送入PWM信号产生器产生第二路PWM信号，PffM信号经过驱动电路控制第二组升压斩波电路的绝缘栅双极晶体管；通过上述控制方法，使得第一组升压斩波电路与第二组升压斩波电路的电流值为负载电流值的0.5倍，实现对多脉波整流系统的谐波控制。
[0010]本发明的优点是:本发明实现了在整流系统的直流侧抑制交流侧输入电流谐波，采用角/角/星形连接变压器为隔离变压器，可以过滤三次谐波，减少干扰信号，提高系统的安全性，并且谐波抑制电路简单常见，易于实现，减小了原有多脉波整流系统的谐波含量，由于升压斩波电路的特性，具有多脉波整流系统输出电压可调的特点，增大了该系统的应用范围。
【附图说明】
[0011]图1为本发明系统的电路结构示意图。
[0012]图2为本发明系统采用的角/角/星形连接隔离变压器的绕组结构图。
[0013]图3为实施方式五所述的本发明方法的工作过程的曲线图。
[0014]图4为?ο到段的电路工作状态示意图。
[0015]图5为?!到?2段的电路工作状态示意图。
[0016]图6为?3到?4段的电路工作状态示意图。
[0017]图7为?4到?5段的电路工作状态示意图。
[0018]图1至图7中ia、ib、i。为相电流，in i2、i3为角/角/星形连接隔离变压器输入绕组电流，ial、ibl、icn乙、Λ2、乙为角/角/星形连接隔离变压器输出绕组电流，即两组三相桥式整流电路的输入电流，iu为第一组升压斩波电路中的电感电流，4为第二组升压斩波电路中的电感电流，i。为负载电流，y。为负载两端的电压。
【具体实施方式】
[0019]【具体实施方式】一:下面结合图1和图2说明本实施方式所述的采用角/角/星形连接隔离变压器的直流侧谐波抑制系统，角/角/星形连接的隔离变压器1、第一组三相桥式整流电路2、第二组三相桥式整流电路3、第一组升压斩波电路4、第二组升压斩波电路5、同步电路6、控制电路7、驱动电路8 ;角/角/星形连接的隔离变压器I的输入绕组采用角形连接，与三相交流电压K、ub、%相连；第一组三相桥式整流电路2分别与星形连接自耦变压器I的输出绕组S1、绕组A、绕组A相连；第二组三相桥式整流电路3分别与星形连接自耦变压器I的输出绕组a2、绕组4、绕组C2相连；第一组三相桥式整流电路2的输出端分别与第一组升压斩波电路4中的电感器4和电感器A2相连，电感器AjP电感器A2连至绝缘栅双极晶体管5；，即电感器4和电感器A2通过5；并联，绝缘栅双极晶体管5；两端同时又分别连接二极管^31的阳极和二极管的阴极，第一组升压斩波电路4中的电容器和负载并联后再与二极管^31的阴极和二极管的阳极相连；第二组三相桥式整流电路3的输出端分别与第二组升压斩波电路5中的电感器Z2I和电感器4相连，电感器4l和电感器42连至绝缘栅双极晶体管S，即电感器4和电感器Z22相连通过绝缘栅双极晶体管&并联，绝缘栅双极晶体管S两端同时又分别连接二极管^41的阳极和二极管A2的阴极，二极管忍:的阴极和二极管A2的阳极连至第一组升压斩波电路4中的电容器和负载两端。
[0020]本实施方式所述的采用角/角/星形连接隔离变压器的直流侧谐波抑制系统，采用角/角/星形连接的隔离变压器I为隔离变压器，可以过滤三次谐波，减少干扰信号，提高系统的安全性，并且谐波抑制电路简单常见，易于实现，减小了原有多脉波整流系统的谐波含量，由于升压斩波电路的特性，具有多脉波整流器输出电压可调的特点，适用于大功率可调压整流电路。
[0021]【具体实施方式】二:下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一的进一步限定，所述隔离变压器为角/角/星形连接，所述角/角/星形连接的隔离变压器I由绕组a、绕组A、绕组C、绕组S1、绕组4、绕组C1、绕组a2、绕组A2、绕组C2等九个绕组组成；绕组a、绕组&绕组c为星形连接自耦变压器I的输入绕组，采用角形连接；绕组兩、绕组A、绕组A、绕组a2、绕组A2、绕组C2为角/角/星形连接隔离变压器I的输出绕组，绕组兩、绕组A、绕组C1采用角形连接，绕组a2、绕组A2、绕组^2采用星形连接；绕组a、绕组兩和绕组a2位于同一磁芯柱上，绕组A、绕组A和绕组A位于同一磁芯柱上，绕组C、绕组C1和绕组C2位于同一磁芯柱上；本实施方式采用角/角/星形连接的隔离变压器I为隔离变压器，可以滤除三次谐波，减少干扰信号，提高系统的安全性。
[0022]【具体实施方式】三:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一的进一步限定，所述第一组三相桥式整流电路2为不可控整流电路，所述第二组三相桥式整流电路3为不可控整流电路。
[0023]【具体实施方式】四:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一的进一步限定，所述第一组升压斩波电路由第一一电感器A1、第一二电感器A2、第一绝缘栅双极晶体管5；、第三一二极管屯、第三二二极管A2、第零电容器G组成；
第电感器Al—端与第二极管Al、第一三二极管A;?、第一五二极管As的阴极连接，另一端与第一绝缘栅双极晶体管5；的漏极(D极)相连，第一二电感器zi2—端与第二四二极管、第二六二极管A6、第二二二极管的阳极连接，另一端与第一个绝缘栅双极晶体管5；的源极(S极)相连，即电感器4和电感器4通过绝缘栅双极晶体管并联，第一个绝缘栅双极晶体管5；两端同时又分别连接第三一二极管031的阳极和第三二二极管A2的阴极，第零电容器G和负载并联后再与第三一二极管031的阴极和第三二二极管从2的阳极；所述第二组升压斩波电路由第二一电感器Z21、第二二电感器Z22、第二绝缘栅双极晶体管S2、第四一二极管凡、第四二二极管4、第零电容器G组成；第二一电感器Z21—端与第二一二极管O21、第二三二极管A3、第二五二极管的阴极连接，另一端与第二绝缘栅双极晶体管的漏极(D极)相连，第二二电感器Z22—端与第二四二极管、第二六二极管A6、第二二二极管屯的阳极连接，另一端与第二个绝缘栅双极晶体管S的源极(s极)相连，即第二一电感器4和第二二电感器42通过第二个绝缘栅双极晶体管S并联，第二个绝缘栅双极晶体管S两端同时又分别连接第四一二极管^41的阳极和第四二二极管^42的阴极，第零电容器G和负载并联后再与第四一二极管^41的阴极和第四二二极管^42的阳极；本实施方式升压斩波电路中的绝缘栅双极晶体管可以用绝缘栅双极晶体管(IGBT)代替，适用于大功率整流系统。
[0024]【具体实施方式】五:下面结合图1，图3至图7