一种具有功率因数和谐波因数校正功能IGBT充电机的制作方法

本发明属于新能源汽车充电设备技术领域，具体涉及一种具有功率因数和谐波因数校正的IGBT充电机。

背景技术：

在新能源汽车规模化推广过程中，大规模的整流充电设备被使用，不但使功率因数降低，而且产生大量的谐波电流，严重影响了线网的供电质量。功率因数降低，使得供电损耗增大，增加了对电设备的容量需求；谐波电流的增加，使得电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热 、产生震动和噪音，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至产生故障。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作使电能计量出现混乱。另外谐波会对通讯设备产生严重的干扰。对功率因数及谐波电流的传统治理方法，是采用加装电抗器、电容器等无源器件，进行固定补偿或切换式补偿。这种方法的缺陷是，成本高、体积大，全功率范围补偿实现难度大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种IGBT充电机结构及控制算法，在满足蓄电池充电要求的基础上，解决上述背景技术阐述中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下方案：

一种具备功率因数和谐波因数有源校正功能IGBT充电机，包括硬件结构和控制算法，硬件结构包括三相交流输入系统、三相输入电抗器、IGBT三相逆变全桥、直流母线电容、输出系统；所述三相交流输入系统连接所述三相输入电抗器输入端，所述三相输入电抗器输出端连接所述IGBT三相逆变全桥交流输出端，所述IGBT三相逆变全桥直流输出端连接直流母线电容，所述直流母线电容连接输出系统；所述控制算法利用IGBT组成的三相逆变器交流侧输电压和超前于三相交流输入电压的，通过所述三相输入电抗器与三相交流输入电压相关联，向电网输出容性电流，达到提高功率因数的目的，IGBT组成的三相逆变器的变换采用正弦波脉宽调制SPWM控制方式，因此，输入交流电流为正弦波电流，谐波电流得到有效拟制，所涉及的参量有逆变输出电压、输入交流电压、输入电抗器电压、输入交流电流、输出直流电压和逆变输出电压与输入交流电压之间夹角 ；正弦波脉宽调制SPWM的调制比设为，通过调整变量大小，改变三相逆变器交流侧输出容性电流的大小，实现与同相位，即功率因数可校正到0.99以上；

输出直流电压和与变量及变量的函数表达式为：

在一定的值下，通过调整变量及变量大小，改变值的大小，满足电池充电所要求的电气性能指标；将Un经过SPWM整流后做为系统的实际输入O（k），同时获取系统的充电要求做为Og（k）

将实际输入O（k）与系统需求Og（k）进行运算，，得到需要的调制系数e（k），于是，调节控制参量生成为：

。

本发明的有益效果是：

1、该IGBT充电机能够自动向电网输出容性电流，并在全功率范围内将其功率因数校正到0.99以上。有效降低了输入损耗，降低供电设备的容量，具有广泛的推广价值。

2、该IGBT充电机采用正弦波脉宽调制(即SPWM)控制方式，因此输入交流电流为正弦波电流，谐波电流得到有效拟制。在全功率范围内总谐波电流因数不大于3%，有效降低了对电网的污染，保障供电安全，同样具有极大的推广价值。

3、该IGBT充电机体积小，重量轻，综合制造成本低，效率高，满功率效率可达97%，节能效果显著。

附图说明

其中图1：IGBT充电机控制流程图。

图中：为市电电流相位，为市电电压相位；为逆变器交流输出电压相位； 为逆变器直流输出参量，可为电压或电流； 为逆变器直流设置参量，可为电流或电压。

图2：控制算法中--向量关系

图中，-逆变输出电压、为输入交流电压、为电抗器电压、为输入交流电流、 为 与之间夹角。

图3：功率因数和谐波因数校正的IGBT充电机结构示意图。

图中：1-相交流输入系统、2-相输入电抗器、3-IGBT三相逆变全桥、4-直流母线电容、5-输出系统。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

请参照图1至图3所示，一种具备功率因数和谐波因数有源校正功能的IGBT充电机的硬件结构包括三相交流输入系统1、三相输入电抗器2、IGBT三相逆变全桥3、直流母线电容4、输出系统5。

所述三相交流输入系统1连接三相输入电抗器2输入端，从电网获取对电池充电所需的电能，三相输入电抗器2输出端连接IGBT三相逆变全桥3的交流端，IGBT三相逆变全桥3直流端连接直流母线电容4，因此， IGBT三相逆变全桥3的交流端向电网输出容性电流，直流端通过输出系统5向蓄电池输出直流电流，所述直流母线电容4连接输出系统5。

本发明的工作原理是：所述IGBT三相逆变全桥3有交流输出（输入）端和直流输出（输入）端，在所述控制算法以及SPWM工作方式控制下，可得到的效果是：1、交流输出端输出容性无功电流补偿功率因数，且保持交流侧电流为正弦波电流，谐波电流得到有效拟制；2、直流输出端按要求为蓄电池提供充电电流。三相输入电抗器2是实现上述原理功能的重要器件；三相交流输入系统1，包含EMI滤波电路，用以滤出调制频率下的高次谐波；也包含启动预充电电路，在装置启动前为直流母线电容4预充电。直流母线电容4是储能滤波器件，可有效降低直流母线上的电压纹波。输出系统5，包含与蓄电池连接的开关装置，在供电异常时，可将直流母线电容4与蓄电池断开。

所述IGBT充电机能够自动向电网输出容性电流，并在全功率范围内将其功率因数校正到0.99以上，有效降低了输入损耗，降低供电设备的容量；还能使谐波电流得到有效拟制，在全功率范围内总谐波电流因数不大于3%；还具备体积小，重量轻，综合制造成本低等特点，变换效率高，满功率效率可达97%，节能效果显著。具有广泛的推广价值。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细的说明，但是本发明并不限于上述实现方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。