[发明专利]一种三相-单相交流变换器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及交流变换器技术领域，具体为一种三相-单相交流变换器控制方法。

背景技术

三相-单相变换器可为单相用电设备提供单相交流电，也可将其应用在开关电源中，将三相工频交流电变换为单相高频交流电，用于高频感应加热等领域。三相-单相变换器可分为交-直-交变换器和交-交变换器两种形式。交-直-交变换器根据储能元件的不同可以分为电压型和电流型两种。电流型交-直-交变换器拓扑中滤波电感值比较大，影响变换器的体积和重量。电压型变换器的电解电容存在使用可靠性的问题，影响了变换器的使用寿命和稳定性。

传统的交-交变换器（周波变换器）与交-直-交变换器相比，没有中间直流储能环节、具有可以实现四象限运行的优点，但是其存在的缺点是：输出电压的频率必须比输入交流电源频率低很多，一般要求输出电源的频率至少低于输入电源频率的1/3，否则输出电压波形很差。

矩阵变换器是上个世纪70年代末提出的一种变换器，可以实现m-n相的交-交变换(m、n可以为任意值)，并且可以得到很好的输入输出特性，目前研究较多的有三相-三相、单相-三相、三相-单相等拓扑结构。其中三相-单相矩阵变换器主要适用于独立发电系统、感应加热以及其它需要单相供电的场合，如清华大学提出的将三相-单相矩阵变换器用于电气轨道辅机系统，将三相交流电变换为高品质的单相交流电，为乘客的一些单相用电设备提供高品质的单相交流电。

 然而，三相-单相矩阵变换器通常是由整流级（AC-DC）和逆变级（DC-AC）组成的两级变换结构，整流级和逆变器均由双向开关管构成，拓扑结构比较复杂。同时，为了满足电磁兼容性(EMC)的要求以及滤除电网中高频电压成分，在电源和开关矩阵间通常接有滤波器。滤波器的存在增加了三相-单相变换系统的体积和成本。为了保持系统的稳定性和良好的动态性能，需要对输入滤波器进行严格的设计。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种三相-单相交流变换器控制方法，其能够在单相侧获得高品质的单相交流电压输出。

其技术方案是这样的：一种三相-单相交流变换器控制方法，其特征在于，将三相变压器副边的三相绕组两端分别连接逆变器INV1和逆变器INV2，在逆变器INV1的直流侧连接电容C1，在逆变器INV2的直流侧连接电容C2，在三相变压器副边的三相绕组处设置电流传感器，在电容C1、电容C2处分别设置电压传感器，将电流传感器采集到的三相变压器副边的三相绕组的三相电流i_a、i_b、i_c和电容C1、电容C2上的电压u_1d和u_2d输入到控制器进行计算得到驱动信号用以分别驱动逆变器INV1和逆变器INV2。

其进一步特征在于，控制器的处理计算包括以下步骤：

（1）采集逆变器INV1和逆变器INV2直流侧的电容电压u_1d和u_2d，计算得到直流侧电容电压的直流偏置量u_d0和单相负载侧的输出电压u_L，采集开绕组三相变压器副边的三相电流i_a、i_b、i_c，利用锁相环计算电流的相位角θ，经过Park变换器和Clark变换器得到副边绕组的d轴和q轴电流实际值i_d和i_q以及零序电流值i₀；

（2）计算直流侧电容电压直流偏置量u_d0与给定值u_d0^*的差值，将其输入到PI调节器，得到q轴电流的给定值i_q^*；计算实际的单相负载侧的输出电压u_L与给定输出电压值u_L^*的差值，将其输入到PR调节器后得到零序电流的给定值i₀^*；