專利名稱：一種四象限變流器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新型變流器電路，特別是涉及用于電力機車或工業(yè)設(shè)備中的 交-直-交傳動系統(tǒng)中的四象限變流器電路。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，交-直-交傳動系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。傳統(tǒng) 的方法是在輸入側(cè)經(jīng)不可控或相控橋式整流器向中間直流環(huán)節(jié)的濾波電容充電，然后通過 PWM控制下的逆變器輸入到交流電動機上在連接電網(wǎng)一側(cè)，但是傳統(tǒng)的交-直-交傳動系統(tǒng) 存在以下缺點1、在電網(wǎng)側(cè)(交直交傳動系統(tǒng)由兩部分組成，一端連接電網(wǎng)一側(cè)，一端連接電機 一側(cè))采用不控整流或者相控整流的方式為后端提供直流電，這兩種方式的弊端在于無法 提供穩(wěn)定的直流電壓輸出，尤其是在再生制動工況下，多余的能量無法回饋電網(wǎng)，只能通過 電阻消耗掉。2、不控整流和相控整流電網(wǎng)輸入側(cè)的功率因數(shù)低，大量能量無法有效利用。3、較高的諧波含量對電網(wǎng)產(chǎn)生了極大的污染。發(fā)明內(nèi)容為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的是設(shè)計一種輸出電壓穩(wěn) 定、輸入功率因數(shù)高和諧波含量小的四象限變流器電路。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種四象限變流器電路，所述的四象限變流器包括IGBT、二極管、限流電感L、電 容器C，其中所述的IGBT和二極管每一組反并聯(lián)構(gòu)成一個功率開關(guān)，每兩個功率開關(guān)串聯(lián) 構(gòu)成一個橋臂，兩個橋臂并聯(lián)構(gòu)成一個功率開關(guān)組4QS，功率開關(guān)組4QS的輸入端串聯(lián)限流 電感L、輸出端并聯(lián)中間直流環(huán)節(jié)支撐電容器C共同構(gòu)成四象限變流器。本實用新型的四象限變流器的控制方法采用了輸出直流電壓閉環(huán)控制和輸入功 率因數(shù)閉環(huán)控制的雙閉環(huán)控制方法，根據(jù)負載情況控制變流器電流的方向，實現(xiàn)電能在交 流側(cè)和直流側(cè)的雙向傳遞。通過雙閉環(huán)對電壓矢量化進行控制，連續(xù)調(diào)整化的幅值和相角，從而穩(wěn)定中間電 壓Ud和保證電網(wǎng)功率因數(shù)為1，并能根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)的能量平衡情況，完全自動地進行 牽引工況和再生制動工況的相互轉(zhuǎn)換。其中所述的雙閉環(huán)是中間電壓Ud控制閉環(huán)和功率因數(shù)閉環(huán)。所述的中間電壓Ud控制閉環(huán)步驟是系統(tǒng)給定直流中間電壓，這個給定電壓與直 流母線電壓反饋的誤差送到電壓閉環(huán)的PI調(diào)節(jié)器。電壓閉環(huán)的PI調(diào)節(jié)器輸出Us的幅角 ψ，從而控制四象限變流器，在牽引和制動狀況下均能保證穩(wěn)定的直流電壓輸出。所述的功率因數(shù)閉環(huán)步驟是通過將采集到的功率因數(shù)角θ送到功率因數(shù)閉環(huán) 的PI調(diào)解器，計算出化相應(yīng)的幅值，便可以使θ趨近于零，大大提高四象限脈沖整流器的功率因數(shù)。本實用新型的有益效果是采用上述的雙閉環(huán)連續(xù)控制，四象限變流器所需的主 電路結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。而且這種電路的控制方法通過雙閉環(huán)對電壓矢量化進行控 制，連續(xù)調(diào)整化的幅值和相角，從而穩(wěn)定中間電壓Ud和保證電網(wǎng)功率因數(shù)為1，并能根據(jù)中 間直流環(huán)節(jié)的能量平衡情況，完全自動地進行牽引工況和再生制動工況的相互轉(zhuǎn)換。以下結(jié)合附圖和具體的實施方式對本實用新型做進一步的描述。本實用新型共有2張附圖，其中

圖1是本實用新型四象限變流器電路示意圖。圖2是本實用新型四象限變流器電路交流回路的電壓矢量原理圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步地說明。如圖1所示，所述的四象限變流器包括IGBT、二極管、限流電感L、電容器C，其中所 述的IGBT和二極管每一組反并聯(lián)構(gòu)成一個功率開關(guān)，每兩個功率開關(guān)串聯(lián)構(gòu)成一個橋臂， 兩個橋臂并聯(lián)構(gòu)成一個功率開關(guān)組4QS，功率開關(guān)組4QS的輸入端串聯(lián)限流電感L、輸出端 并聯(lián)中間直流環(huán)節(jié)支撐電容器C共同構(gòu)成四象限變流器。如忽略主電路電阻壓降，交流回路的電壓矢量方程為“μ μμfr — J l Γ im Γ J(J JV — S 十](^nlj1 N其電壓矢量原理圖見圖2。由電壓矢量原理圖分析可知，UL的長度與電網(wǎng)電流成正比，代表電網(wǎng)提供負載能 量的大小，調(diào)節(jié)化的幅角Ψ可以改變^和流向負載的直流電流Id的大小，使電網(wǎng)和負載 之間的能量供求平衡，達到穩(wěn)定Ud的目的。所以第一個閉環(huán)就是中間電壓Ud控制閉環(huán)。系 統(tǒng)給定直流母線電壓，這個給定電壓與直流母線電壓反饋的誤差送到電壓閉環(huán)的PI調(diào)節(jié) 器。電壓閉環(huán)的PI調(diào)節(jié)器輸出化的幅角Ψ，從而控制四象限脈沖整流器在牽引和制動狀 況下均能保證穩(wěn)定的直流電壓輸出。同時，因為在電感L中，In垂直于UL，所以要保證h和Un同相，Us的幅值也必須 相應(yīng)調(diào)節(jié)。第二個閉環(huán)是功率因數(shù)閉環(huán)，通過將采集到的功率因數(shù)角θ送到功率因數(shù)閉環(huán) 的PI調(diào)解器，計算出化相應(yīng)的幅值，便可以使θ趨近于零，大大提高四象限脈沖整流器的 功率因數(shù)。這種方法通過雙閉環(huán)對電壓矢量Us進行控制，連續(xù)調(diào)整Us的幅值和相角，從而穩(wěn) 定中間電壓Ud和保證電網(wǎng)功率因數(shù)為1，并能根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)的能量平衡情況，完全自 動地進行牽引工況和再生制動工況的相互轉(zhuǎn)換。本實用新型不局限于上述實施例，任何在本實用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)的等同構(gòu) 思或者改變，均列為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1. 一種四象限變流器電路，其特征在于包括IGBT、二極管、限流電感L、電容器C，其中 所述的IGBT和二極管每一組反并聯(lián)構(gòu)成一個功率開關(guān)，每兩個功率開關(guān)串聯(lián)構(gòu)成一個橋 臂，兩一個橋臂并聯(lián)構(gòu)成一個功率開關(guān)組4QS，功率開關(guān)組4QS的輸入端串聯(lián)限流電感L、輸 出端并聯(lián)中間直流環(huán)節(jié)支撐電容器C共同構(gòu)成四象限變流器。
專利摘要本實用新型公開了一種四象限變流器電路，與傳統(tǒng)的不控整流和相控整流相比具有本質(zhì)的區(qū)別。本實用新型所述的四象限變流器包括IGBT、二極管、限流電感L、電容器C，其中所述的IGBT和二極管每一組反并聯(lián)構(gòu)成一個功率開關(guān)，每兩個功率開關(guān)串聯(lián)構(gòu)成一個橋臂，兩個橋臂并聯(lián)構(gòu)成一個功率開關(guān)組4QS，功率開關(guān)組4QS的輸入端串聯(lián)限流電感L、輸出端并聯(lián)中間直流環(huán)節(jié)支撐電容器C共同構(gòu)成四象限變流器。這種電路的控制方法可以實現(xiàn)交流側(cè)和直流側(cè)能量的雙向流動；采用了輸出直流電壓閉環(huán)控制和輸入功率因數(shù)閉環(huán)控制的雙閉環(huán)控制方式，從而穩(wěn)定直流電壓并具有很高的基波功率因數(shù)，較低的諧波電流干擾和優(yōu)異的再生制動性能。
文檔編號H02M5/44GK201830148SQ20102056530
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者耿輝, 馬惠春 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心