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专利号: 2017114208901
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种三相两桥臂三电平混合整流器,包括整流器Z1、整流器Z2、其特征在于:所述整流器Z1为三相三电平两桥臂非对称PWM整流器,其包括8个IGBT开关管:开关管S1、S1′、S2、S2′、S3、S3′、S4、S4′,上电容C1、下电容C2,开关管S1源极连接开关管S1′漏极,开关管S1′源极分别连接开关管S3′源极、下电容C2另一端,开关管S1漏极分别连接开关管S2源极、开关管S2′漏极,开关管S2′源极分别连接开关管S4′源极、下电容C2一端,开关管S3′漏极连接开关管S3源极,开关管S3漏极分别连接开关管S4源极、开关管S4′漏极,开关管S2漏极、开关管S4漏极均连接上电容C1一端,上电容C1另一端连接下电容C2一端;

所述整流器Z2为三相boost PFC电路,其包括6个二极管:D1、D2、D3、D4、D5、D6,滤波电感Ld1、Ld2,MOS管Sa,二极管D01、D02,6个二极管:D1、D2、D3、D4、D5、D6连接构成三相整流桥,所述三相整流桥连接滤波电感Ld1一端,滤波电感Ld1另一端连接二极管D01阳极,所述三相整流桥连接滤波电感Ld2一端,滤波电感Ld2另一端连接二极管D02阴极,MOS管Sa漏极连接二极管D01阳极,MOS管Sa源极连接二极管D02阴极;

二极管D01阴极连接上电容C1、一端,二极管D02阳极连接下电容C2另一端。

2.根据权利要求1所述一种三相两桥臂三电平混合整流器,其特征在于:该整流器还包括电压采样电路、电流采样电路、过零检测电路、数字控制电路、PWM驱动电路;

所述电压采样电路用于对直流侧负载RL两端电压进行采样,采样值作为PI控制器的输入信号;直流侧负载RL两端分别连接上电容C1一端、下电容C2另一端;

所述电流采样电路,用于采集两相交流电流;

所述过零检测电路,用于检测电网电压过零点时刻,通过DSP计算出采样周期,提供每次控制运算的计算相角;

所述数字控制电路,用于对整流器Z1的恒频PWM控制、整流器Z2的无源控制、电压外环的PI控制;

所述PWM驱动电路,用于驱动整流器Z1、整流器Z2的开关管。

3.根据权利要求1所述一种三相两桥臂三电平混合整流器,其特征在于:该整流器还包括保护电路,保护电路采集两路线电压进行过欠压保护的控制信号,将两路线电压信号转化直流电压信号,当分压电阻上的电压超过设定的保护范围,控制器就发出封锁信号。

4.根据权利要求1所述一种三相两桥臂三电平混合整流器,其特征在于:对于整流器Z1,根据功率开关状态的不同,电路分为9种工作状态:首先建立开关函数的概念:

式中,fa、fb为开关信号;

(1)状态一:fa=1,fb=1开关管S1、S2、S3、S4导通,电流ia1经开关管S1、S2及电容C1到达中位点n;电流ib1经开关管S3、S4及电容C1到达中位点n;电流ic1直接流向n点且ic1=in;此时a,b两点到中位点n的电压Uan=Ubn=Udc/2;

(2)状态二:fa=1,fb=0开关管S1、S2、S3、S4′导通,电流ia1经开关管S1、S2及电容C1到达中位点n;电流ib1经开关管S3、S4′到达n点;此时Uan=Uab=Udc/2、Ubn=0;

(3)状态三:fa=1,fb=-1开关管S1、S2、S3′导通,电流ia1经开关管S1、S2及电容C1到达中位点n;电流ib1经开关管S3′及电容C2到达n点,此时Uan=Udc/2、Ubn=-Udc/2;

(4)状态四:fa=0,fb=1开关管S1、S2′、S3、S4导通,电流ia1经开关管S1、S2到达中位点n;

电流ib1经开关管S3、S4及电容C1到达中位点n;此时Uan=0、Ubn=Udc/2;

(5)状态五:fa=0,fb=0开关管S1、S2′、S3、S4′导通,Uan=0、Ubn=0;

(6)状态六:fa=0,fb=-1开关管S1、S2′、S3′导通,电流ia1经开关管S1、S2′到达中位点n;

电流ib1经开关管S3′及电容C2到达中位点n;此时Uan=0、Ubn=-Udc/2;

(7)状态七:fa=-1,fb=1开关管S1′、S3、S4导通,电流ia1经开关管S1′及电容C2到达中位点n;电流ib1经开关管S3、S4及电容C1到达中位点n,此时Uan=-Udc/2、Ubn=Udc/2;

(8)状态八:fa=-1,fb=0开关管S1′、S3、S4′导通,电流ia1经开关管S1′及电容C2到达中位点n;电流ib1经开关管S3、S4′到达中位点n,此时Uan=-Udc/2、Ubn=0;

(9)状态九:fa=-1,fb=-1开关管S1′、S3′导通,电流ia1经开关管S1′及电容C2到达中位点n;电流ib1经开关管S3′及电容C2到达中位点n,此时Uan=-Udc/2、Ubn=-Udc/2。

5.根据权利要求1所述一种三相两桥臂三电平混合整流器,其特征在于:控制策略由无源控制、恒频PWM控制、PI控制组成;具体控制过程:(1)对直流侧电压Udc、整流器Z1交流侧电流ia1、ib1、ic1及电网电压ea、eb、ec进行采样;

(2)将测量得到的直流侧电压Udc与给定参考值 的差值导入到PI控制器中,并通过两个整流器的工作状态,得到期望电流值a、b;将交流侧电流ia1、ib1、ic1通过电流变换得到ic1-ia1,ic1-ib1;利用锁相环及电网电压ea、eb、ec测得电网电源相位信息;

(3)利用步骤(2)中电网相位信息θ及电流变换技术得到 并其与ic1-ia1,ic1-ib1的误差导入到开关信号发生器中,得到整流器Z1的开关控制信号,控制开关管动作;

(4)将期望电流值b导入到无源控制器中,并将其输出信号导入SPWM发生器,得到整流器Z2的开关控制信号,控制开关管动作。