專利名稱：Pwm整流器的控制設(shè)備以及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PWM整流器的控制設(shè)備以及控制方法，特別涉及一種采用SVPWM技術(shù)的PWM整流器的控制設(shè)備以及控制方法。
背景技術(shù)：
整流器的發(fā)展經(jīng)歷了由不控整流器(二極管整流)、相控整流器(晶閘管整流)到PWM整流器(門極關(guān)斷功率開關(guān)管)的發(fā)展歷程。傳統(tǒng)的相控整流器存在以下問題(1)晶閘管換相引起電網(wǎng)電壓波形畸變(2)網(wǎng)側(cè)諧波電流對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波“污染”(3)深控時(shí)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低(4)閉環(huán)控制時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)相對(duì)較慢。二極管整流器改善了網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，但仍會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)側(cè)諧波電流而“污染”電網(wǎng)，另外二極管整流器的不足還在于其直流電壓的不可控性。PWM整流器克服了上述缺點(diǎn)，可以取得以下優(yōu)良性能(1)網(wǎng)側(cè)電流為正弦波(2)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)控制(3)電能雙向傳輸(4)較快的動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)。因此PWM (脈沖寬度調(diào)制)整流器取得了更為廣泛和重要的應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的PWM整流器的控制存在計(jì)算復(fù)雜、損耗高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種新型的采用SVPWM技術(shù)的PWM整流器的控制設(shè)備以及控制方法。本發(fā)明的一方面在于提供一種PWM整流器的控制方法，其包括步驟I)、確定PWM整流器期望輸出的線電壓Uab，ubc, Uca ;步驟2)、根據(jù)uab，ubc, Uca的極性，確定用來表示指令電壓矢量的開關(guān)矢量(ka, kb, k。),其包括兩個(gè)非零矢量和兩個(gè)零矢量,其中ka, kb, k。為I分別表示a，b，c橋臂上管導(dǎo)通，ka，kb，k。為O分別表示a，b，c橋臂下導(dǎo)通；步驟3)、基于步驟2)確定的非零矢量和零矢量和a，b，c三相的電流大小，確定a，b，c三相的開關(guān)時(shí)刻(Ta，Tb，Tc);和步驟4)、基于步驟3)確定的a，b，c三相的開關(guān)時(shí)刻(Ta，Tb，Tc)控制PWM整流器a，b，c三相的開關(guān)元件。本發(fā)明的另一方面在于提供一種PWM整流器的控制設(shè)備，其包括線電壓確定模塊，其用于確定PWM整流器期望輸出的線電壓uab，ubc, ;開關(guān)矢量確定模塊，其用于根據(jù)uab, ubc, Uca的極性,確定用來表示指令電壓矢量的開關(guān)矢量(ka, kb, k。)，其包括兩個(gè)非零矢量和兩個(gè)零矢量，其中ka，kb，k。為I分別表示a，b，c橋臂上管導(dǎo)通，ka，kb，k。為O分別表示a，b，c橋臂下導(dǎo)通；開關(guān)時(shí)刻確定模塊，其用于基于開關(guān)矢量確定模塊確定的非零矢量和零矢量和a，b，c三相的電流大小，確定3，比(3三相的開關(guān)時(shí)刻(1；，1；，1'。);和開關(guān)元件控制模塊，其用于基于開關(guān)時(shí)刻確定模塊確定的a，b，c三相的開關(guān)時(shí)刻(Ta，Tb，Tc)控制PWM整流器a，b，c三相的開關(guān)元件。依照本發(fā)明，根據(jù)PWM整流器期望輸出的線電壓的極性直接定位空間電壓矢量，與傳統(tǒng)的SVPWM技術(shù)相比，省略了復(fù)雜的坐標(biāo)變換和反三角變換，明顯降低了運(yùn)算量。此外，依照本發(fā)明，通過將PWM作用時(shí)間分為五段進(jìn)行控制，且使三相中的一相在一個(gè)PWM周期內(nèi)恒為高或恒為低，可以有效地降低開關(guān)損耗。


圖1為PWM整流器的硬件控制原理框圖；圖2為為圖1中的電流采集電路和DSP控制電路的原理框圖；圖3為三相PWM整流器主電路；圖4為各扇區(qū)線電壓極性分布示意圖；圖5為第一扇區(qū)A相恒高開關(guān)矢量作用時(shí)序圖；圖6為第一扇區(qū)C相恒低開關(guān)矢量作用時(shí)序圖；圖7為顯不5kw逆變器電網(wǎng)a相電流和占空比的不意圖。
具體實(shí)施例方式圖1是PWM整流器的硬件控制原理框圖。它主要由PWM整流器主電路I和電壓、電流采集電路和DSP (數(shù)字信號(hào)處理)控制電路2組成。電壓、電流采集電路和DSP控制電路2包括電流傳感器3、電壓傳感器4、信號(hào)調(diào)理電路5、DSP的AD (模數(shù))轉(zhuǎn)換電路6、DSP控制電路7 ；PWM整流器主電路I包括PWM驅(qū)動(dòng)電路8、電感9和三相電壓型逆變器10。電壓傳感器4實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電壓Ua、Ub、Uc和三相電壓型逆變器10的直流母線電容兩端的直流電壓Udc，送入到信號(hào)調(diào)理電路5 ;電流傳感器3實(shí)時(shí)檢測(cè)PWM整流器的輸出電流Ia、Ib、Ic也送入到信號(hào)調(diào)理電路5 ;信號(hào)調(diào)理電路5用于濾除電壓傳感器4和電流傳感器3的輸出信號(hào)中的高頻噪聲信號(hào)，并將其放大到合適范圍，輸出到DSP的AD轉(zhuǎn)換電路6 ；DSP的AD轉(zhuǎn)換電路6完成對(duì)模擬量的采樣將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，結(jié)果存在相應(yīng)的寄存器中；DSP控制電路7根據(jù)本發(fā)明提出的控制方法，輸出SVPWM (空間矢量脈寬調(diào)制)信號(hào)。PWM驅(qū)動(dòng)電路8與DSP控制電路7相連，根據(jù)DSP控制電路7輸出的SVPWM信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)三相電壓型逆變器10的IGBT功率器件；三相電壓型逆變器10通過電感9與電網(wǎng)連接，三相電壓型逆變器10的輸出電壓與電網(wǎng)電壓的壓差在電感9上產(chǎn)生網(wǎng)側(cè)電流，完成PWM整流器的功能，電流從電網(wǎng)流入逆變器處于整流狀態(tài)；電流從逆變器流入電網(wǎng)處于逆變狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行功能。圖2為圖1中的電流采集電路和DSP控制電路2的原理框圖。在圖2中，依照本發(fā)明的功率開關(guān)優(yōu)化的SVPWM控制方法，產(chǎn)生SVPWM信號(hào)以控制PWM整流器。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，圖2中的處理可以通過軟件實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，首先，獲取三相電流實(shí)際值ia，ib，i。、電壓信號(hào)Ua、Ub、Uc和Udc，并通過A/D采樣模塊21進(jìn)行采樣、Α/D轉(zhuǎn)換和去噪放大處理。電流和電壓的采樣、Α/D轉(zhuǎn)換和去噪放大處理例如可以通過如圖1所示的電壓傳感器4、電流傳感器3、信號(hào)調(diào)理電路5、AD轉(zhuǎn)換電路6實(shí)現(xiàn)。將Α/D采樣模塊21采樣的電壓信號(hào)Ua、Ub、Uc輸入鎖相環(huán)22，計(jì)算出電網(wǎng)的相位角wt。計(jì)算出的相位角wt從鎖相環(huán)22輸入預(yù)測(cè)模塊23，而且采樣的電壓信號(hào)Ua、Ub、Uc也從采樣模塊21輸入預(yù)測(cè)模塊23。在預(yù)測(cè)模塊23中，根據(jù)電網(wǎng)的相位角wt、電網(wǎng)電壓Ua、Ub、Uc和控制周期預(yù)測(cè) 出下一控制節(jié)拍的電網(wǎng)電壓Ua+、Ub+、Uc+。該預(yù)測(cè)出的下一控制節(jié)拍的電網(wǎng)電壓Ua+、Ub+、Uc+從預(yù)測(cè)模塊23輸入開關(guān)功率優(yōu)化模塊26。
此外，PI調(diào)節(jié)器24基于外部給定的直流電壓UdcRef和Α/D采樣模塊21獲得的直流電壓Udc得到網(wǎng)側(cè)電流的d軸給定分量IdRef。IdRef從PI調(diào)節(jié)器24輸入至dq/abc模塊25。此外，外部給定的網(wǎng)側(cè)q軸分量IqRef也輸入至dq/abc模塊25。dq/abc模塊25基于IdRef、IqRef和電網(wǎng)的相位角wt,經(jīng)過dq/abc的變換得到網(wǎng)側(cè)電流a、b、c的給定IaRef、IbRef、IcRef。網(wǎng)側(cè)電流 a、b、c 的給定 IaRef、IbRef、IcRef 從 dq/abc 模塊 25 輸入開關(guān)功率優(yōu)化模塊26。在開關(guān)功率優(yōu)化模塊26中，基于網(wǎng)側(cè)電流a、b、c的給定IaRef、IbRef、IcRef、下一控制節(jié)拍的電網(wǎng)電壓Ua+、Ub+、Uc+、A/D采樣模塊21采樣的直流電壓Udc、Ia、Ib、Ic和電感值L通過開關(guān)功率優(yōu)化的SVPWM算法，得出PWM整流器三相橋的開關(guān)時(shí)間，通過DSP內(nèi)部控制電路發(fā)出SVPWM信號(hào)，去控制三相電壓型逆變器的IGBT的開關(guān)。下面，詳細(xì)描述依照本發(fā)明的功率開關(guān)優(yōu)化的SVPWM具體實(shí)現(xiàn)方法。(I) PWM整流器期望輸出線電壓計(jì)算首先，計(jì)算PWM整流器期望輸出線電壓。圖3為將圖1中的PWM整流器的主電路展開為三相獲得的電路圖。在圖3中，Uj為非理想的三相電源電壓，Ij為三相電源電流，U」。為PWM整流器的輸出電壓，其中(j=a，b, c)。L為PWM整流器的等效電感，Udc為直流側(cè)電容電壓，S1 S6代表可關(guān)斷器件。由圖3可寫出回路方程，SP
權(quán)利要求
1.一種PWM整流器的控制方法，其包括 步驟I)、確定PWM整流器期望輸出的線電壓uab，ubc, Uca ； 步驟2)、根據(jù)uab, ubc, Uca的極性,確定用來表示指令電壓矢量的開關(guān)矢量(ka, kb, k。),其包括兩個(gè)非零矢量和兩個(gè)零矢量，其中ka，kb，k。為I分別表示a，b，c橋臂上管導(dǎo)通，ka，kb，k。為O分別表示a，b，c橋臂下導(dǎo)通； 步驟3)、基于步驟2)確定的非零矢量和零矢量和a，b，c三相的電流大小，確定a，b，c三相的開關(guān)時(shí)刻(Ta，Tb，Tc);和 步驟4)、基于步驟3)確定的a，b，c三相的開關(guān)時(shí)刻(Ta，Tb，Tc)控制PWM整流器a，b，c三相的開關(guān)元件。
2.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其中，在一個(gè)PWM周期內(nèi)，a,b，c相中的一相的相電壓恒為O或I。
3.如權(quán)利要求2所述的控制方法，其中，將PWM周期分為5段進(jìn)行控制。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的控制方法，其中，所述非零開關(guān)矢量包括Vl(0，0，I)、V2 (0,1,0)和 V3(0，1，1)、V4(1，0，0)、V5(1，0，1)和 V6 (1，1，O)，所述零開關(guān)矢量包括 VO (0，0,0)和 V7(l，l，l)。
5.如權(quán)利要求4所述的控制方法，其中， 當(dāng)uab>0，ube>0，uea〈0時(shí)，確定指令電壓矢量位于由非零開關(guān)矢量V4 (1，0，O)和V6 (1，1，O)限定的第一扇區(qū)； 當(dāng)ιι 〈0，ι^>0，ιιΜ〈0時(shí)，確定指令電壓矢量位于由非零開關(guān)矢量V6 (I，1，0)和V2(0，1，0)限定的第二扇區(qū)； 當(dāng)uab〈0，ube>0，uea>0時(shí)，確定指令電壓矢量位于由非零開關(guān)矢量V2 (O，1，0)和V3(0，1，1)限定的第三扇區(qū)； 當(dāng)uab〈0，ube〈0，uea>0時(shí)，確定指令電壓矢量位于由非零開關(guān)矢量V3 (O，1，I)和Vl (0，0，I)限定的第四扇區(qū)； 當(dāng)uab>0，ube〈0，uea>0時(shí)，確定指令電壓矢量位于由非零開關(guān)矢量Vl (0,0,1)和V5(l，0，I)限定的第五扇區(qū)； 當(dāng)uab>0，ube〈0，uea〈0時(shí)，確定指令電壓矢量位于由非零開關(guān)矢量V5 (1，0，I)和V4 (1，0，O)限定的第六扇區(qū)。
6.如權(quán)利要求5所述的控制方法，其中，指令電壓矢量由用于限定其位于扇區(qū)的非零開關(guān)矢量和零開關(guān)矢量表示。
7.如權(quán)利要求6所述的控制方法，其中，在步驟3)中，將Ts/2設(shè)定為1，Ts為控制周期； 當(dāng)指令電壓矢量在第一扇區(qū)，且ia>=i。時(shí)，開關(guān)時(shí)刻為
8.如權(quán)利要求7所述的控制方法，其中，在步驟I)中，基于三相電流給定電流、三相電流實(shí)際值以及下一控制節(jié)拍三相電網(wǎng)電壓，確定PWM整流器期望輸出的線電壓uab，ubc, Ucao
9.一種PWM整流器的控制設(shè)備，其包括 線電壓確定模塊，其用于確定PWM整流器期望輸出的線電壓uab，ubc, Uca ； 開關(guān)矢量確定模塊，其用于根據(jù)UwUbc^Uca的極性，確定用來表示指令電壓矢量的開關(guān)矢量(ka，kb，k。)，其包括兩個(gè)非零矢量和兩個(gè)零矢量，其中ka，kb，k。為I分別表示a，b，c橋臂上管導(dǎo)通，ka，kb，k。為O分別表示a，b，c橋臂下導(dǎo)通；開關(guān)時(shí)刻確定模塊，其用于基于開關(guān)矢量確定模塊確定的非零矢量和零矢量和a，b，c三相的電流大小，確定a，b，c三相的開關(guān)時(shí)刻(Ta，Tb，Tc);和 開關(guān)元件控制模塊，其用于基于開關(guān)時(shí)刻確定模塊確定的a，b，c三相的開關(guān)時(shí)刻(Ta，Tb，Tc)控制PWM整流器a，b，c三相的開關(guān)元件。
10.如權(quán)利要求9所述的控制設(shè)備，其中，在一個(gè)PWM周期內(nèi)，a,b，C相中的一相的相電壓恒為O或I。
11.如權(quán)利要求10所述的控制設(shè)備，其中，將PWM周期分為5段進(jìn)行控制。
12.如權(quán)利要求8-11任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備，其中，所述非零開關(guān)矢量包括Vl(0，0，I)、V2(0，l，0)和 V3(0，l，l)、V4(l，0，0)、V5(l，0，l)和 V6 (1，1，O)，所述零開關(guān)矢量包括VO (0,0,0)和 V7(l，1，I)。
13.如權(quán)利要求12所述的控制設(shè)備，其中， 當(dāng)uab>0，ubc>0, uca<0時(shí)，開關(guān)矢量確定模塊確定指令電壓矢量位于由非零開關(guān)矢量V4(l，0，0)和V6(l，l，0)限定的第一扇區(qū)； 當(dāng)uab〈0，ubc>0, uca<0時(shí)，開關(guān)矢量確定模塊確定指令電壓矢量位于由非零開關(guān)矢量V6(l，l，0)和V2(0，l，0)限定的第二扇區(qū)； 當(dāng)uab〈0，ubc>0, uca>0時(shí)，開關(guān)矢量確定模塊確定指令電壓矢量位于由非零開關(guān)矢量V2 (0,1,0)和V3(0，l，l)限定的第三扇區(qū)； 當(dāng)uab〈0，ubcX0，uca>0時(shí)，開關(guān)矢量確定模塊確定指令電壓矢量位于由非零開關(guān)矢量V3 (0,1,1)和V1(0，0，1)限定的第四扇區(qū)； 當(dāng)uab>0，ubcX0，uca>0時(shí)，開關(guān)矢量確定模塊確定指令電壓矢量位于由非零開關(guān)矢量Vl (O,O, I)和V5(l，0，l)限定的第五扇區(qū)； 當(dāng)uab>0，ubcX0，uca<0時(shí)，開關(guān)矢量確定模塊確定指令電壓矢量位于由非零開關(guān)矢量V5(l，0，l)和V4(l，0，0)限定的第六扇區(qū)。
14.如權(quán)利要求13所述的控制設(shè)備，其中，指令電壓矢量由用于限定其位于扇區(qū)的非零開關(guān)矢量和零開關(guān)矢量表示。
15.如權(quán)利要求14所述的控制設(shè)備，其中，在步驟開關(guān)矢量確定模塊中，將Ts/2設(shè)定為I，Ts為控制周期; 當(dāng)指令電壓矢量在第一扇區(qū)，且ia> = i。時(shí)，開關(guān)時(shí)刻為A
16.如權(quán)利要求15所述的控制設(shè)備，其中，線電壓確定模塊基于三相電流給定電流、三相電流實(shí)際值以及下一控制節(jié)拍三相電網(wǎng)電壓，確定PWM整流器期望輸出的線電壓uab，ubc,Uca °
全文摘要
本發(fā)明提供了一種PWM整流器的控制方法和控制設(shè)備。依照本發(fā)明的控制方法包括步驟1)、確定PWM整流器期望輸出的線電壓uab，ubc，uca；步驟2)、根據(jù)uab，ubc，uca的極性，確定用來表示指令電壓矢量的開關(guān)矢量(ka，kb，kc)，其包括兩個(gè)非零矢量和兩個(gè)零矢量，其中ka，kb，kc為1分別表示a，b，c橋臂上管導(dǎo)通,ka，kb，kc為0分別表示a，b，c橋臂下導(dǎo)通；步驟3)、基于步驟2)確定的非零矢量和零矢量和a，b，c三相的電流大小，確定a，b，c三相的開關(guān)時(shí)刻(Ta，Tb，Tc)；和步驟4)、基于步驟3)確定的a，b，c三相的開關(guān)時(shí)刻(Ta，Tb，Tc)控制PWM整流器a，b，c三相的開關(guān)元件。
文檔編號(hào)H02M7/219GK103066874SQ201310027198
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者羅本東 申請(qǐng)人:蘇州景新電氣有限公司