[发明专利]基于60°坐标系的三相VIENNA整流器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三相VIENNA整流器及其控制方法，具体涉及基于60°坐标系下的三相VIENNA整流器及其控制方法，属于高效整流器技术领域。

背景技术

随着科技的发展，大量的电力电子装置在日常生活中得以使用，造成了电能质量下降。为了提高电网的功率因数，降低电流总谐波畸变率，PWM整流技术得到了人们的日益关注。由于电压和功率等级的提高，传统两电平变换器难以实现高电压大功率化，器件的承受电压电流能力也受到限制。

与两电平PWM变换器相比，三电平PWM可以有效的减少系统谐波含量，降低对网侧电抗器的要求，从而降低系统成本。随着这种三电平以及多电平PWM技术的发展，出现了新型三电平拓扑结构整流器，如二极管钳位电路和VIENNA整流器，其中VIENNA整流器具有电路结构简单、功率器件电压应力低、效率高、不存在桥臂直通问题等优点。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的电网功率因数低，网侧谐波成分高，系统稳定性差的问题。

本发明的技术方案是：基于60°坐标系下的三相VIENNA整流器，包括电感组、主电路、DSP控制系统、驱动模块、网侧电压信号处理电路、网侧电流信号处理电路、直流电压采样模块和负载，所述电感组包括第一电感、第二电感和第三电感，主电路包括三相VIENNA整流电路，电网分别通过第一电感、第二电感和第三电感与三相VIENNA整流电路的输入端建立连接，三相VIENNA整流电路的输出端与负载建立连接，网侧电压信号处理电路的输入端接在电网与电感组之间，网侧电流信号处理电路的输入端接在电感组与三相VIENNA整流电路的三相输入端之间，网侧电压信号处理电路的输出端和网侧电流信号处理电路的输出端连接DSP控制系统，直流电压采样模块的输入端连接三相VIENNA整流电路的输出端，直流电压采样电路的输出端连接DSP控制系统，DSP控制系统的输出端通过驱动模块与VIENNA整流电路建立连接。

所述基于60°坐标系下的三相VIENNA整流器包括辅助电路，辅助电路包括开关电源和过流保护电路，所述过流保护电路包括电压比较器和钳位二极管，电压比较器的反相输入端与网侧电流信号处理电路的输出端建立连接，电压比较器的输出端经钳位二极管的中点与DSP控制系统建立连接，保证系统在一个安全电流内工作。

所述三相VIENNA整流电路包括三个结构相同的第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，第一桥臂包括功率管、第一续流二极管、第二续流二极管、第一钳位电路和第二钳位电路，第一钳位电路包括串联的第一开关二极管和第二开关二极管，第二钳位电路包括串联的第三开关二极管和第四开关二极管，所述功率管的集电极连接第一续流二极管的正极，功率管的发射极连接第二续流二极管的负极，第一钳位电路的一端和第二钳位电路的一端接在第一续流二极管与功率管的集电极之间，第一钳位电路另一端和第二钳位电路的另一端接在功率管的源极与第二续流二极管与之间，与二极管钳位电路相比，拓扑结构简单，功率管仅为钳位电路的四分之一，为此只需要三个驱动电路。所述的整流电路采用功率管IGBT，具有开关损耗小，耐压能力强、饱和压降低，电压、电流容量较大等优点，为此可提高功率管的电流等级。功率器件少，仅需三个驱动电路，降低系统成本，功率管的通断不会造成桥臂直通现象，无需设置死区，简化了硬件电路结构，减小了电路的体积；通过使输入电流正弦化，实现单位功率因数运行。

所述网侧电压信号处理电路包括变压器、RC滤波电路、比较器、二极管和反相整形电路，变压器的输出端通过RC滤波电路连接比较器的同相输入端，比较器的输出端通过二极管连接反相整形电路，反相整形电路的输出端为网侧电压信号处理电路的输出端。

所述网侧电流信号处理电路包括电流霍尔传感器、采样电阻、电压跟随电路、反相加法电路和反相比例电路，所述电流霍尔传感器的输出端电压跟随电路，电压跟随电路的输出端连接反相加法电路的输入端，反相加法电路的输出端连接反相比例电路的输入端，反相比例电路的输出端为网侧电流信号处理电路的输出端，采样电阻的一端连接在电流霍尔传感器与电压跟随电路的输入端，另一端接地，电流霍尔传感器副边电流由电阻RM进行采样得到UM，经过隔离、偏置、低通滤波和嵌位处理后输入到A/D转换芯片中。