專利名稱：一種多電平t型變換器的功率因數(shù)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電路控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多電平T型變換器的功率因數(shù)控制方法。
背景技術(shù)：
在申請(qǐng)人為北京交通大學(xué)，申請(qǐng)?zhí)枮?00810118835. 1，名稱為多電平整流的T型變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的專利申請(qǐng)中，提出了多電平T型變換器電路。與傳統(tǒng)的多電平電路相比，多電平T型電路在電路拓展、電容平衡等方面具有優(yōu)勢(shì)。多電平T型變換器的最多層是二極管，無(wú)法實(shí)現(xiàn)變換器輸入側(cè)電流與輸入側(cè)電壓反方向的工作模式，因此傳統(tǒng)的單位功率因數(shù)控制無(wú)法應(yīng)用于多電平T型變換器。而且，多電平T型變換器的輸入側(cè)電流只能跟隨多電平T型變換器兩端的輸入電壓，即多電平T型變換器工作在非單位功率因數(shù)下。所以，多電平T型變換器的輸入側(cè)電流與電源電壓之間總會(huì)存在一個(gè)夾角，即相角差?？刂谱儞Q器輸入側(cè)電壓與電源電壓保持一個(gè)很小的夾角，而輸入電流與變換器輸入側(cè)電壓又是同相位，因此如果調(diào)節(jié)這個(gè)相角差，便可以提高多電平T型變換器的輸入功率因數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種多電平T型變換器的功率因數(shù)控制方法，用于提高多電平T型變換器的功率因數(shù),從而改善多電平T型變換器的工作效率。本發(fā)明的技術(shù)方案是， 一種多電平T型變換器的功率因數(shù)控制方法，其特征是所述方法包括下列步驟
步驟1、根據(jù)基爾霍夫定律，獲得多電平T型變換器輸入側(cè)回路各個(gè)電壓、 電流量的矢量關(guān)系；
步驟2、在多電平T型變換器承受的輸出功率范圍內(nèi)，設(shè)定多電平T型變 換器輸出功率；
步驟3、設(shè)定電源電壓和功率因數(shù)，并根據(jù)步驟l的矢量關(guān)系，計(jì)算多電 平T型變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值和相位；
步驟4、通過(guò)PWM控制多電平T型變換器輸入側(cè)電壓的調(diào)制度和相位角， 調(diào)節(jié)變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值和相位，使其與步驟3中計(jì)算出的多電平T 型變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值大小相等并且相位相同，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多電平T 型變換器功率因數(shù)的控制。
本發(fā)明的效果在于，通過(guò)本發(fā)明提供的多電平T型變換器的功率因數(shù)控制 方法，在輸出功率一定時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值和相《立，達(dá) 到控制多電平T型變換器電源電壓與輸入側(cè)電流的夾角的目的，從而實(shí)現(xiàn)提高 多電平T型變換器的功率因數(shù)的目標(biāo)，使多電平T型變換器的工作效率得到改 善。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的三電平T型變換器應(yīng)用電路圖。 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的三電平T型變換器的輸入側(cè)電壓波形與電源 電壓波形比較圖。
圖3為傳統(tǒng)的單位功率因數(shù)控制方式向量圖。 圖4為本發(fā)明提供的功率因數(shù)控制方式向量圖。 圖5為本發(fā)明提供的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅 僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
不失一般性，本發(fā)明以三電平T型變換器作為例子進(jìn)行說(shuō)明。圖l為本 發(fā)明實(shí)施例提供的三電平T型變換器應(yīng)用電路圖。圖1中，三電平T型變換
器包括開(kāi)關(guān)管&u、 &12、 S則禾口Sw2; 二極管Z^n、 Z>7M12、 D7B11、 Drai2 、 、
Am12、 Aim和A/m;電容q,和C";以及電感Z。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的三電平T型變換器的輸入側(cè)電壓波形與電源 電壓波形比較圖。圖2中，多電平T型變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在一個(gè)工作周期內(nèi)
可以分為四個(gè)區(qū)域，即広広"和"；C/,為變換器輸入側(cè)電壓曲線、C^是 變換器輸入側(cè)基波電壓曲線，V為輸入電源電壓曲線。當(dāng)變換器工作在傳統(tǒng) 的單位功率因數(shù)下，即電流波形與f/忠源電壓波形同相時(shí)，變換器輸入側(cè)電 壓^在W和"時(shí)，無(wú)法按照?qǐng)D2中所示，提供相應(yīng)的一級(jí)電壓(比如，在 ^時(shí)，t/為正，要求"s為負(fù)一級(jí)的電壓臺(tái)階，實(shí)際上是做不到的，因?yàn)槎?br> 極管的單相導(dǎo)電特性決定的，電流波形只能和^同相位)。這個(gè)說(shuō)明輸入電
流不能始終和輸入電源電壓保持同相位，即不能工作在單位功率因數(shù)下。
如果拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工作在單位功率因數(shù)工況下，則傳統(tǒng)的多電平電路工作向 量圖如圖3。圖3為傳統(tǒng)的單位功率因數(shù)控制方式向量圖，圖3中，T型變
換器輸入側(cè)回路各個(gè)電壓、電流量的矢量關(guān)系為f^=f7sl + ^v;/OT;其中，
《,為變換器輸入側(cè)基波電壓、C^為電源電壓、MA^為電感上的電壓；4 是指輸入側(cè)基波電流； 丄w是電感的阻抗大?。?是虛數(shù)單位，^是電源電壓超前于變換器輸入側(cè)基波電壓的角度。
如果電路工作的傳統(tǒng)的單位功率因數(shù)控制方式下，則在^和G區(qū)域，在變
換器的輸入端，直流側(cè)電壓不能提供相應(yīng)的一級(jí)電壓，由于二極管的單向?qū)?電特性決定，忽略回路中電阻上的壓降，根據(jù)基爾霍夫電壓電流定律，新的
等效電路向量圖可以構(gòu)造如圖4。圖4為本發(fā)明提供的功率因數(shù)控制方式向
量圖。圖4中，T型變換器輸入側(cè)回路各個(gè)電壓、電流量的矢量關(guān)系為 二R,+^VM^。輸入電流/;v與變換器輸入側(cè)基波電壓&同相，滯后電源
電壓^一個(gè)角度P。 ^的角度范圍為0-90度，不包含0度和90度。這是因 為功率因數(shù)的調(diào)節(jié)范圍是O-l，不包含0和1，因此在實(shí)施本發(fā)明的步驟時(shí)， 設(shè)定了功率因數(shù)后，p的角度也就確定，其范圍只能是在0-90度之間。
圖5為本發(fā)明提供的方法流程圖。圖5中，本發(fā)明的多電平T型變換器 的功率因數(shù)控制方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是
步驟501、根據(jù)基爾霍夫定律，獲得多電平T型變換器輸入側(cè)回路各個(gè)電 壓、電流量的矢量關(guān)系。
多電平T型變換器輸入側(cè)回路各個(gè)電壓、電流量的矢量關(guān)系如圖4所示，
其各個(gè)量的關(guān)系為 C^+J'v^Z^4。 ^n為變換器輸入側(cè)基波電壓、^為 電源電壓、M^/^為電感上的電壓；^是指輸入側(cè)基波電流； 4是電感
的阻抗大??；y是虛數(shù)單位，^是電源電壓超前于輸入電流的角度。
步驟502、在多電平T型變換器承受的輸出功率范圍內(nèi)，設(shè)定多電平T型 變換器輸出功率。設(shè)定多電平T型變換器輸出功率，以此功率為多電平T型變 換器工作時(shí)的穩(wěn)定功率。
步驟503、設(shè)定電源電壓和功率因數(shù)，并根據(jù)步驟501的矢量關(guān)系計(jì)算多電平T型變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值和相位。
在電源電壓和功率一定時(shí)，即^已知，電路中輸入電流^已知；而電路 中電感的阻抗 丄w也是已知的。此時(shí)，再根據(jù)多電平T型變換器所要達(dá)到的
工作效率的要求，設(shè)定功率因數(shù)。功率因數(shù)設(shè)定后，功率因數(shù)角^的大小也就
確定了，由501的各量關(guān)系可以求得多電平T型變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值 和相位。
步驟504、通過(guò)PWM控制多電平T型變換器輸入側(cè)電壓的調(diào)制度和相 位角，調(diào)節(jié)變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值和相位，使其與步驟503中計(jì)算的 多電平T型變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值大小相等并且相位相同。
PWM (Pulse Width Modulation,脈寬調(diào)制)控制是指脈寬調(diào)制控制，根據(jù) 采樣控制理論的重要原理——沖量等效原理，即大小、波形不同的窄脈沖變量 作用于慣性系統(tǒng)時(shí)，只要它們的沖量即變量對(duì)時(shí)間的積分相等，其作用效果基 本相同，按一定規(guī)律控制功率開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通或斷開(kāi)，使輸出端獲得一系列寬度 不等、高度相同的矩形脈沖電壓波形。PWM控制可以利用DSP (Digital Signal Processor,數(shù)字信號(hào)處理器)或者其它芯片控制元件實(shí)現(xiàn)。調(diào)制度就是指輸出 交流基波電壓的幅值與等效脈沖電壓波形(PWM波形)的大小之比，大小在 0 1之間變化，當(dāng)PWM波形大小不變時(shí)，可以通過(guò)控制調(diào)制度的大小調(diào)節(jié)輸 出交流基波電壓的幅值。由此，得到多電平T型變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值， 實(shí)現(xiàn)對(duì)多電平T型變換器的功率因數(shù)的控制。
本發(fā)明在輸出功率一定的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值 和相位，達(dá)到控制多電平T型變換器電源電壓與輸入側(cè)電流的夾角的目的，從 而實(shí)現(xiàn)提高多電平T型變換器的功率因數(shù)的目標(biāo)，使多電平T型變換器的工作 效率得到改善。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可 輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明 的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種多電平T型變換器的功率因數(shù)控制方法，其特征是所述方法包括下列步驟步驟1、根據(jù)基爾霍夫定律，獲得多電平T型變換器輸入側(cè)回路各個(gè)電壓、電流量的矢量關(guān)系；步驟2、在多電平T型變換器承受的輸出功率范圍內(nèi)，設(shè)定多電平T型變換器輸出功率；步驟3、設(shè)定電源電壓和功率因數(shù)，并根據(jù)步驟1的矢量關(guān)系，計(jì)算多電平T型變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值和相位；步驟4、通過(guò)PWM控制多電平T型變換器輸入側(cè)電壓的調(diào)制度和相位角，調(diào)節(jié)變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值和相位，使其與步驟3中計(jì)算出的多電平T型變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值大小相等并且相位相同，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多電平T型變換器功率因數(shù)的控制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了電路控制技術(shù)領(lǐng)域中的一種多電平T型變換器的功率因數(shù)控制方法。技術(shù)方案是，首先獲得多電平T型變換器輸入側(cè)回路各個(gè)電壓、電流量的矢量關(guān)系；設(shè)定多電平T型變換器輸出功率；設(shè)定電源電壓和功率因數(shù)，計(jì)算多電平T型變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值和相位；通過(guò)PWM控制多電平T型變換器輸入側(cè)電壓的調(diào)制度和相位角，調(diào)節(jié)變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值和相位，使其與計(jì)算獲得的多電平T型變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值大小相等且相位相同，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多電平T型變換器功率因數(shù)的控制。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)變換器輸入側(cè)基波電壓的幅值和相位，控制多電平T型變換器電源電壓與輸入側(cè)電流的夾角，從而實(shí)現(xiàn)提高多電平T型變換器功率因數(shù)的目的。
文檔編號(hào)H02M7/217GK101527504SQ20091008063
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月24日
發(fā)明者湖 孫, 張立偉, 楊中平, 飛 林, 游小杰, 王琛琛, 賀明智, 鄭瓊林, 郝瑞祥, 黃先進(jìn) 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)