专利名称：三相高功率因数pwm整流器控制方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及三相整流技术，尤其涉及一种三相高功率因数PWM整流器控制方法和系统。
背景技术：
三相整流器是用来把三相交流电转换成直流电的一个装置。三相整流器作为电能转换的前级设备，普遍安装在电源的前端。目前国内普通采用的整流方式有不控整流、三相半波可控整流及三相桥式全控整流，其中，不控整流的电流波形畸变明显、谐波含量很大和功率因数低，严重干扰用电网络。另外，现有三相整流器的控制电路是通过模拟电路来实现的，例如信号检测、电压环控制及电流环控制都是用模拟电路构建控制电路。但使用时间、温度、湿度、振动等外界环境对模拟电路影响较大，同时，此类电路较复杂，绝大多数电路使用分立元器件组装，导致控制电路可靠性低。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种三相高功率因数PWM整流器控制方法和系统，以解决交流输入侧波形畸变严重、谐波含量大、功率因数低、控制电路可靠性差的问题。为了实现上述目的，本发明的技术方案为一种三相高功率因数PWM整流器控制方法，包括如下步骤，(11)将三相交流电其中的两相输入电流信号解耦为网侧有功分量与网侧无功分量；(12)将直流输出的电压值和电流值通过电压外环滑模变结构控制算法计算得出目标有功分量与目标无功分量；(13)再将网侧有功分量、网侧无功分量、目标有功分量以及目标无功分量通过电流内环控制得出α β坐标下的变量；(14)将前述α β坐标下的变量用空间矢量算法计算从而得到用于控制整流器内功率开关管的脉宽调制波。在步骤(11)中，是将交流电信号作abc坐标到dq坐标的转换，得到dq坐标下的网侧有功分量与网侧无功分量。在步骤(11)前还包括步骤(10)，将三相交流电其中两相电流和整流后的直流电压及电流经检测、调整、滤波后转换成数字信号，并将AC相电压调整为过零信号作为相位角参考点。在步骤(10)中进一步将所述四种数字信号通过计算还原为实际值。
Id = if * (Ia*SINTABLE [ACount] +Ib^SINTABLE [BCount] +IdSINTABLE [CCount])
Iq = (J- * (Ia*C0STABLE[ACount]+Ib COSTABLE[ACount]+Ic*C0STABLE[CCount])
其中，Id, Iq为dq坐标下的电流分量，la, lb, Ic为abc坐标下的电流值，即实际采样得到的值，SINTABLE[ACount]、SINTABLE[BCount]、SINTABLE[BCount]分别为 A、B、C 三相相位角的正弦值，COSTABLE [ACount]、COSTABLE [ACount]、COSTABLE [CCount]分别为 A、 B、C三相相位角的余弦值。Idref = (((Udcref-Udc+( β / C *Idc)) *C) *Udc) / ( β * (V^*Vrms-*R*Idref))其中，Idref为Id的参考值，Udcref为整流后级电压的参考值，Udc为整流后级电压的实际值，C为整流后级电容值，Idc为整流后级电流值，β = 0.03，Vrms为交流线电压。本发明还提供了一种三相高功率因数PWM整流器控制系统，包括BOOST电路，是主电路和电能主通道，用于进行三相整流；检测电路，用于检测五种信号，包括三个电流信号、一个电压信号和一个AC相电压信号；信号调整电路，用于调整检测出来的五种信号幅值和滤波处理；控制电路，用于将调整后的模拟信号转换为数字信号，并用电压外环滑模变结构控制算法、电流内环控制和空间矢量控制算法计算产生脉宽调制控制信号；驱动电路，将所述控制电路输出的脉宽调制控制信号转换为驱动主电路功率开关管的控制信号，实现对功率开关管的控制；保护电路板，用于输入端的过欠压保护； 电源电路板，对三相高功率因数PWM整流器系统各电路供电。相对于现有技术，本发明将交流电和直流电信号通过运算得到控制的驱动信号， 这些控制的驱动信号控制主电路上功率开关管的通与断，从而实现三相输入侧的电流波形跟踪电压波形，保证电流电压波形均为正弦波，进而实现整流器的功率因数达到1且谐波成分含量非常小。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。图1是本发明的三相高功率因数PWM整流器控制方法示意图。图2是本发明的三相高功率因数PWM整流器系统主电路拓扑结构示意图。图3是本发明的三相高功率因数PWM整流器系统模块结构示意图。图4是本发明的三相高功率因数PWM整流器系统硬件结构示意图。图5是应用本发明的计算机仿真效果图。图6A是三相高功率因数PWM整流器应用本发明控制算法前后网侧波形对比图。图6B是三相高功率因数PWM整流器系统空载启动时整流后级的直流电压与网侧电流波形图。图6C是三相高功率因数PWM整流器系统从空载到带载整流后级的直流电压与网侧电流波形图。
具体实施例方式请参阅图1，本发明的控制方法主要包括如下步骤(Sll)将采样得到的信号调整幅值后转换为数字信号；(S12)对所述数字信号中的交流侧电流部分dq解耦变换，其中相位角由AC相电压调整后的过零信号提供；(S13)对所述数字信号中的直流电压和电流做电压外环滑模变结构控制；(S14)电流内环控制，并把坐标由dq变换为α β坐标；(S15)空间矢量算法，算出6个桥臂的驱动波形。
在步骤(Sll)中，具体可通过电压互感器和电流互感器采样电压和电流信号，并通过运放等一系列电路来调整信号幅值，使得信号幅值大小满足DSP的ADC端口要求的范围，并在DSP的ADC中完成模数转换。在步骤(S12)中，具体工作是将采样得到的三相交流侧的电流信号做abc坐标到dq坐标的转换，使得把三相的电信号转换成有功分量和无功分量，在运算中用到如下式子
权利要求
1.一种三相高功率因数PWM整流器控制方法，包括如下步骤，(11)将三相交流电其中的两相输入电流信号解耦为网侧有功分量与网侧无功分量；(12)将直流输出的电压值和电流值通过电压外环滑模变结构控制算法计算得出目标有功分量与目标无功分量；(13)再将网侧有功分量、网侧无功分量、目标有功分量以及目标无功分量通过电流内环控制得出α β坐标下的变量；(14)将前述αβ坐标下的变量用空间矢量算法计算从而得到用于控制整流器内功率开关管的脉宽调制波。
2.根据权利要求1所述的三相高功率因数PWM整流器控制方法，其特征在于，在步骤 (11)中，是将交流电信号作abc坐标到dq坐标的转换，得到dq坐标下的网侧有功分量与网侧无功分量。
3.根据权利要求1所述的三相高功率因数PWM整流器控制方法，其特征在于，在步骤 (11)前还包括步骤(10)，将三相交流电其中两相电流和整流后的直流电压及电流经检测、 调整、滤波后转换成数字信号，并将AC相电压调整为过零信号作为相位角参考点。
4.根据权利要求3所述的三相高功率因数PWM整流器控制方法，其特征在于，在步骤 (10)中进一步将所述四种数字信号通过计算还原为实际值。
5.根据权利要求2所述的三相高功率因数PWM整流器控制方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的三相高功率因数PWM整流器控制方法，其特征在于， Idref = (((Udcref-Udc+ ( β / C *Idc))*C)*Udc)/ ( β * (V^*Vrms-*R*Idref))其中，Idref为Id的参考值，Udcref为整流后级电压的参考值，Udc为整流后级电压的实际值，C为整流后级电容值，Idc为整流后级电流值，β = 0. 03，Vrms为交流线电压。
7.一种三相高功率因数PWM整流器控制系统，包括 BOOST电路，是主电路和电能主通道，用于进行三相整流；检测电路，用于检测五种信号，包括三个电流信号、一个电压信号和一个AC相电压信号；信号调整电路，用于调整检测出来的五种信号幅值和滤波处理； 控制电路，用于将调整后的模拟信号转换为数字信号，并用电压外环滑模变结构控制算法、电流内环控制和空间矢量控制算法计算产生脉宽调制控制信号；驱动电路，将所述控制电路输出的脉宽调制控制信号转换为驱动主电路功率开关管的控制信号，实现对功率开关管的控制； 保护电路，用于输入端的过欠压保护；电源电路，对三相高功率因数PWM整流器系统各电路供电。
全文摘要
本发明公开了一种三相高功率因数PWM整流器控制方法，包括如下步骤，(11)将三相交流电其中的两相输入电流信号解耦为网侧有功分量与网侧无功分量；(12)将直流输出的电压值和电流值通过电压外环滑模变结构控制算法计算得出目标有功分量与目标无功分量；(13)再将网侧有功分量、网侧无功分量、目标有功分量以及目标无功分量通过电流内环控制得出αβ坐标下的变量；(14)将前述αβ坐标下的变量用空间矢量算法计算从而得到用于控制整流器内功率开关管的脉宽调制波。本发明还公开了一种三相高功率因数PWM整流器控制系统。本发明实现了三相输入侧的电流波形跟踪电压波形，保证电流电压波形均为正弦波，进而实现整流器的功率因数达到1且谐波成分含量非常小。
文档编号H02M1/42GK102185505SQ20111013147
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者姜海鹏, 成兰仙 申请人:海华电子企业(中国)有限公司