专利名称：一种单相桥式整流型负载等效电路参数提取的统一方法
技术领域：
本发明涉及电路参数提取的方法，特别是对于采用单相桥式整流型电路作为其电 源电路的电路参数提取方法。
背景技术：
随着电力电子技术的发展，采用开关电源和频率变换装置的用电设备获得广泛应 用，配电系统中谐波源负荷的数量和种类也越来越多，如台式计算机、紧凑型荧光灯、液晶 电视机、笔记本电脑、采用变频调速技术的空调器、洗衣机、电冰箱等，在配电系统中得到了 广泛应用。这些设备一般采用单相桥式整流型电路作为其电源电路，其单台额定功率不大， 但总谐波畸变率接近甚至超过100%，且在配电系统中分布得广泛而随机，其电能质量问题 引起了广泛关注。目前关于单相桥式整流型负载的电能质量特性分析手段主要是实验、电路仿真。 实验研究的结果仅适用于实验环境电压条件下的被测负载；电路仿真方法很容易拓展至使 用类似电路的其它负载，也适用于不同的仿真条件，但不同厂家、不同负载对应的电路参数 不同，对外表现出不同的频谱特性，用于电能质量分析的电路参数提取很难实施。因此需要一种方法能对不同电压和不同负载情况都能够提取出其电路内部的参 数。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种单相桥式整流型负载等效电路参数提取的 统一方法，该方法通过负载的外特性提取内部电路参数，对不同输入端电压条件具有鲁棒 性、对不同单相桥式整流型负载具有通用性。本发明提出的单相桥式整流型负载等效电路的参数提取方法，包括下列步骤(1)测量并记录单相桥式整流型负载的输入端电压va。( e)，依据输入端电压 vac(0)的波形确定电压波形峰值va。,_和输入端电压的周期T ；测量并记录输入端电流脉 冲ia。(e)，并依据输入端电流脉冲ia。(e)波形确定输入端电流脉冲的底部宽度A，电流脉 冲的高度B、电流脉冲的峰值时刻所对应的弧度角；(2)将输入端电压数据通过快速傅立叶变换获得各次谐波电压的幅值Vh和相位外 并确定输入端电压表达式，输入端电压为 式中，h为谐波次数，Vh为h次谐波电压的幅值，Ph为h次谐波电压的相位，H为所 关注的最高次谐波次数，e = on，Co =231乜€为基频；(3)直接在波形上通过对采样点的计数确定输入端电流脉冲的底部宽度A，通过 输入端电压(Fh，外)和电流脉冲的底部宽度A确定二极管的导通角a ；通过输入端电压(Vh,外)和电流脉冲的底部宽度A确定直流侧等效电压Vd。，电路在电容充电阶段的微分方 程 式中，Vd。为直流侧等效电压，在区间a彡e彡a+A内将上述微分方程两端积分， 并且ia。(a+A) =0,iac(a) =0，直流侧等效电压为 式中，a为二极管的导通角；(4)通过输入端电压(Kh，(ph)、电流脉冲的高度B、电流脉冲的峰值时刻所对应的 弧度角和直流侧等效电压Vd。确定输入端滤波电感L，并通过下列公式来确定输入端滤 波电感L 式中，为电流脉冲的峰值时刻所对应的弧度角；(5)通过负载耗散功率P和直流侧等效电压Vd。确定负载等效电阻R，负载等效电 阻R为 式中，P为负载耗散功率；(6)通过输入端电压峰值va。, _、周期T、直流侧等效电压Vd。和负载等效电阻R确 定直流滤波电容C，通过下列公式来确定 式中，T为输入端电压的周期。本发明的有益效果在于克服了单相桥式整流型负载特性仿真、计算研究中的电路参数提取瓶颈，具有以 下优点和积极效果(1)提取出的电路参数对实验环境电压条件并不敏感，任意给定输入电压条件提 取的电路参数能适用于其它电压条件下电路的仿真及计算研究，具鲁棒性；(2)对于使用单相桥式不可控整流电路为电源电路的不同负载，具通用性。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。图1为本发明中单相桥式整流型负载的等效电路；图2为本发明中单相桥式整流型负载输入端电压、电流波形及波形的外特征；图3为本发明中单相桥式整流型负载等效电路参数提取流程图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述。图1为本发明中单相桥式整流型负载的等效电路，Va。( e)为输入端电压和ia。( e) 为输入端电流脉冲，L为输入端滤波电感，四只二极管构成桥式整流，电容C为直流滤波电 容，由于直流滤波电容C的容量较大，可以近似地认为直流侧电压为恒定值，R为负载等效 电阻，在进行电路参数提取时可以利用数字存储式示波器测量并记录输入端电压为va。( 9 ) 和输入端电流脉冲ia。( 9 )，然后获取所记录的波形特征值。图2为本发明中单相桥式整流型负载输入端电压、电流波形及波形的外特征；依 据输入端电压Va。( e)的波形确定电压波形峰值Va。,_、周期T，依据输入端电流脉冲ia。( e) 波形确定输入端电流脉冲的底部宽度A，电流脉冲的高度B、电流脉冲的峰值时刻所对应的 弧度角Y_，a为二极管导通角。图3为本发明中单相桥式整流型负载等效电路参数提取流程图，图中FFT表示快 速傅里叶变换方法，本发明提出的单相桥式整流型负载等效电路的参数提取方法，包括下 列步骤将输入端电压数据通过快速傅立叶变换，获得各次谐波电压的幅值Vh和相位炉h并 确定输入端电压表达式，输入端电压为 式中，h为谐波次数，Vh为h次谐波电压的幅值，^h为h次谐波电压的相位，H为所 关注的最高次谐波次数，e = an，(0 =231乜€为基频；直接在波形上通过对采样点的计数确定输入端电流脉冲的底部宽度A，通过输入 端电压(Kh，外)和电流脉冲的底部宽度A确定二极管的导通角a ；考虑到单相桥式整流型 负载的直流滤波电容C容量较大，近似地认为直流侧电压vd。为恒定值，即vd。= Vd。，通过输 入端电压(7h，灼)和电流脉冲的底部宽度A确定直流侧等效电压Vd。，电路在电容充电阶段 的微分方程 式中，Vd。为直流侧等效电压，在区间a彡e彡a+A内将上述微分方程两端积分， 并且ia。(a+A) =0,iac(a) =0，直流侧等效电压为 式中，a为二极管的导通角；通过输入端电压(rh，(ph)、电流脉冲的高度B和直流侧等效电压Vd。确定输入端滤 波电感L，并通过下列公式来确定输入端滤波电感L
式中，为电流脉冲的峰值时刻所对应的弧度角；通过负载耗散功率P和直流侧等效电压Vd。确定负载等效电阻R，负载等效电阻 为 式中，P为负载耗散功率；通过输入端电压峰值va。,_、周期T、直流侧等效电压Vd。和负载等效电阻R确定直 流滤波电容C，通过下列公式来确定 式中，T为输入端电压的周期。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参 照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可 以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明 的精神和范围。
权利要求
一种单相桥式整流型负载等效电路参数提取的统一方法，其特征在于包括以下步骤(1)测量并记录单相桥式整流型负载的输入端电压vac(θ)，依据输入端电压vac(θ)的波形确定其波形特征值，包括电压波形峰值vac，max和输入端电压的周期T；测量并记录输入端电流脉冲iac(θ)，并依据输入端电流脉冲iac(θ)波形确定其波形特征值，包括输入端电流脉冲的底部宽度A，电流脉冲的高度B、电流脉冲峰值时刻所对应的弧度角γmmax；(2)将输入端电压数据通过快速傅立叶变换获得各次谐波电压的幅值Vh和相位并确定输入端电压表达式，输入端电压为式中，h为谐波次数，Vh为h次谐波电压的幅值，为h次谐波电压的相位，H为所关注的最高次谐波次数，θ＝ωt，ω＝2πf，f为基频；(3)通过输入端电压和电流脉冲的底部宽度A确定二极管的导通角α；通过输入端电压和电流脉冲的底部宽度A确定直流侧等效电压Vdc，电路在电容充电阶段的微分方程 <mrow><mi>ωL</mi><mfrac> <mrow><msub> <mi>di</mi> <mi>ac</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>θ</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>dθ</mi></mfrac><mo>-</mo><msub> <mi>V</mi> <mi>dc</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>v</mi> <mi>ac</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>θ</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中，Vdc为直流侧等效电压，在区间α≤θ≤α+A内将上述微分方程两端积分，并且iac(α+A)＝0，iac(α)＝0，直流侧等效电压为式中，α为二极管的导通角；(4)通过输入端电压电流脉冲的高度B、电流脉冲的峰值时刻所对应的弧度角γmax和直流侧等效电压Vdc确定输入端滤波电感L，并通过下列公式来确定输入端滤波电感L式中，γmax为电流脉冲的峰值时刻所对应的弧度角；(5)通过负载耗散功率P和直流侧等效电压Vdc确定负载等效电阻R，负载等效电阻R为 <mrow><mi>R</mi><mo>=</mo><mfrac> <msubsup><mi>V</mi><mi>dc</mi><mn>2</mn> </msubsup> <mi>P</mi></mfrac> </mrow>式中，P为负载耗散功率；(6)通过输入端电压峰值vac，max、周期T、直流侧等效电压Vdc和负载等效电阻R确定直流滤波电容C，并通过下列公式来确定 <mrow><msub> <mi>V</mi> <mi>dc</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>v</mi> <mrow><mi>ac</mi><mo>,</mo><mi>max</mi> </mrow></msub><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mfrac><mi>T</mi><mrow> <mn>4</mn> <mi>RC</mi></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中，T为输入端电压的周期。FSA00000174943000011.tif,FSA00000174943000012.tif,FSA00000174943000013.tif,FSA00000174943000014.tif,FSA00000174943000015.tif,FSA00000174943000017.tif,FSA00000174943000018.tif,FSA00000174943000021.tif
2.根据权利要求1所述的一种单相桥式整流型负载等效电路参数提取的统一方法，其 特征在于输入端电流脉冲的底部宽度A是在电流脉冲波形上通过对采样点的计数获取。
全文摘要
本发明公开了一种单相桥式整流型负载等效电路参数提取的统一方法，该方法通过测量并记录单相桥式整流型负载的输入端电压和电流脉冲，并依据输入端电压和电流脉冲波形确定波形特征值，通过输入端电压的傅里叶变换和电路约束条件获取单相桥式整流型负载等效电路参数，该方法通过负载的外特性提取内部电路参数，对不同输入端电压条件具有鲁棒性、对不同单相桥式整流型负载具有通用性，本发明克服了单相桥式整流型负载特性仿真、计算研究中的电路参数提取瓶颈。
文档编号H02M7/06GK101877546SQ201010202730
公开日2010年11月3日 申请日期2010年6月18日 优先权日2010年6月18日
发明者曾礼强, 杨岳, 杨本强, 王晓静, 陈亮, 雍静 申请人:重庆大学