专利名称：一种三相有源功率因数整流方法
技术领域：
本发明是一种可实现三相功率因数校正、降低三相输入电流谐波的方法，属于电工技术领域。
背景技术：
目前，一般三相有源功率因数整流器都需要检测输入交流电压，通过跟踪输入电压的波形实现对输入电流波形的控制，从而实现提高功率因数和减少输入电流谐波。该方法首先检测三相输入交流电压信号，将这信号经调理后作为输入电流的参考信号，然后检测输入电流，根据输入电流与参考信号的差别改变控制主回路功率管的PWM从而实现提高输入功率因数降低输入电流的谐波。该方法需要应用三个电压传感器检测三相输入电压，增加了控制系统成本，同时，三个电压传感器的信号误差或者传导通道的干扰都会影响控制效果。在单相、三相有源功率因数整流器中应用单周期控制方法可以实现无需输入电压传感器，但是都是采用模拟电路控制的方法。由于模拟电路控制方法采用模拟器件搭建硬件电路构成控制电路的方法来实现，该电路一经确定，控制系统中的相关参数则无法调节，而且随着控制电路中的元件的老化会出现参数飘移等问题，系统的控制效果会收到影响。
发明内容
本发明提出了一种适合于数字控制的无输入电压传感器、控制效果好的三相有源功率因数整流方法。
本发明采用的技术方案是具有6只整流二极管的主电路通过三个输入PFC电感接入三相输入电源，三个双向功率开关，主电路中的三个双向功率开关由驱动电路接入DSP控制系统，首先获得两相第n个PWM周期内输入电流平均值；根据输出电压经PI调节得到的控制参数；计算每相交流侧的等效额定负载电阻；计算额定功率时每相交流侧的等效额定负载电阻；再计算三个双向开关的下一个PWM控制周期的占空比，最后DSP控制系统在下一个PWM控制周期开始时将步骤上述得到的三个双向开关占空比控制信号输出控制对应的三个双向开关。
本发明采用DSP作为控制核心，三相三开关三电平电路作为主电路拓扑，根据采样到的输入平均电流、额定工况下的交流侧等效电阻、期望输出直流电压、实际输出直流电压，通过公式推导出下一个PWM控制周期的三个双向开关PWM的占空比，从而实现接近单位功率因数的无输入电压传感器三相有源功率因数整流。
图1是发明的电路原理框图，其中，ea eb ec是输入三相电源，La Lb Lc是三个输入功率因数校正PFC电感，Ka Kb Kc是三个双向功率开关，D1～D6是6个整流二极管，C1C2是输出滤波电容，Udc是检测到的输出直流母线的电压。
图2是某相输入电流的示意图。
图3为某两相电流波形图。
具体实施例方式 图1的整流器具有6只整流二极管(D1～D6)的主电路通过三个输入PFC电感(La Lb Lc)接入三相输入电源ea、eb、ec，三个双向功率开关Ka、Kb、Kc的一端公共点接入两个输出电容C1、C2的中点，DSP控制系统输入PWM信号经驱动电路驱动后控制主电路中的三个双向功率开关Ka、Kb、Kc。
如图1，电路中需要对三个双向开关Ka、Kb、Kc的占空比进行控制，通过对控制模型分析可以得到三个双向开关Ka、Kb、kc的第n+1个PWM占空比
具体步骤如下 1)获得两相第n个PWM周期内输入电流平均值<ia>n和<ib>n； 2)根据输出电压Udc经PI调节得到的控制参数KU；计算每相交流侧的等效额定负载电阻PΔ为整流器的额定功率；计算额定功率时每相交流侧的等效额定负载电阻RΔ； 3)计算三个双向开关Ka、Kb、Kc的下一个PWM控制周期的占空比Dn+1 式中 是第n+1个PWM控制周期各个双向开关的占空比， VΔ是期望的直流输出电压值， 4)DSP控制系统在下一个PWM控制周期开始时将步骤3)得到的三个双向开关Ka、Kb、Kc占空比控制信号输出控制对应的三个双向开关。
2、关于a、b两相第n个PWM周期内输入电流平均值的获得方法 在模拟控制电路中可以采用对一个控制周期中的电流进行积分的方法得到一个开关控制周期输入电流的平均值，而在数字控制中若采用数字积分方法求输入电流的平均值，则要求A/D采样频率远高于开关控制周期频率，这对硬件系统的要求很高，本发明提出一种周期同步双采样方法可以得到精确的输入电流的平均值。
如图2，第n个周期PWM周期从nTs时刻开始到(n+1)Ts结束，iL是功率管开通时刻的电流，iH是功率管关断时刻的电流，可以得到在第n个周期内输入电流的平均值为 为得到上式的平均值，周期同步双采样方法的具体采样方法的步骤如下 1)备用采样点，如图2定义输入电流的上升的中点为M1、下降的中点为M2为，这两个点作为备用采样点。
2)确定采样点，根据第n个周期PWM周期占空比Dn大小确定采样点，当Dn＜15％时确定M2为采样点；当15％≤Dn≤85％时确定M1和M2都为采样点；当Dn＞85％时确定M1为采样点。
3)平均电流计算，根据上述的方法采样到的电流定义为
和
可以得到第n个周期PWM周期平均电流如下 该处理方法是一种输入平均电流的一周期双采样方法，在电流的上升和下降的中点各采样一次电流值，再根据占空比的情况进行处理，可以很大程度降低功率开关管开关的干扰。
采用该方法实现的整流效果如图3所示，图3中分别是样机整流器输入的a、b两相电流波形图，a、b两相的有效值都是14.5A。
权利要求
1.一种三相有源功率因数整流方法，具有6只整流二极管(D1～D6)的主电路通过三个输入PFC电感(LaLbLc)接入三相输入电源(eaebec)，三个双向功率开关(KaKbKc)，主电路中的三个双向功率开关(KaKbKc)由驱动电路接入DSP控制系统，其特征是采用如下步骤
1)获得两相第n个PWM周期内输入电流平均值<ia>n和<ib>n；
2)根据输出电压Udc经PI调节得到的控制参数KU；计算每相交流侧的等效额定负载电阻PΔ为整流器的额定功率；计算额定功率时每相交流侧的等效额定负载电阻RΔ；
3)计算三个双向开关(KaKbKc)的下一个PWM控制周期的占空比Dn+1
式中VΔ是期望的直流输出电压值，
4)DSP控制系统在下一个PWM控制周期开始时将步骤3)得到的三个双向开关(KaKbKc)占空比控制信号输出控制对应的三个双向开关。
2.根据权利要求1所述的一种三相有源功率因数整流方法，其特征是两相第n个PWM周期内输入电流平均值<ia>n和<ib>n的获得方法是
1)定义输入电流的上升的中点为M1、下降的中点为M2作为备用采样点；
2)根据第n个周期PWM周期占空比Dn大小确定采样点，当Dn＜15％时确定M2为采样点；当15％≤Dn≤85％时确定M1和M2都为采样点；当Dn＞85％时确定M1为采样点。
3)计算输入电流平均值
全文摘要
本发明公开了一种实现三相功率因数校正、降低三相输入电流谐波的三相有源功率因数整流方法，首先获得两相第n个PWM周期内输入电流平均值；根据输出电压经PI调节得到的控制参数；计算每相交流侧的等效额定负载电阻、额定功率时每相交流侧的等效额定负载电阻和三个双向开关的下一个PWM控制周期的占空比，最后DSP控制系统在下一个PWM控制周期开始时将步骤上述得到的三个双向开关占空比控制信号输出控制对应的三个双向开关。本发明采用DSP作为控制核心实现接近单位功率因数的无输入电压传感器三相有源功率因数整流。
文档编号H02M1/42GK101807861SQ200910232280
公开日2010年8月18日 申请日期2009年12月10日 优先权日2009年12月10日
发明者丁坤, 姚河清, 傅强, 史中权 申请人:河海大学常州校区