專利名稱：單相脈沖寬度調(diào)制變換器的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單相脈沖寬度調(diào)制(以下稱為PWM)變換器的控制系統(tǒng)，具體來說，涉及的是通過PWM控制將交流單相電壓變換為直流電壓的單相PWM變換器的控制系統(tǒng)。
在現(xiàn)有的單相PWM變換器控制系統(tǒng)中，脈寬調(diào)制的調(diào)制頻率是不變的。如圖28所示，這是因為用于脈寬調(diào)制的三角波產(chǎn)生單元2是由恒定頻率的三角波產(chǎn)生單元29組成的。
在保持脈寬調(diào)制的調(diào)制頻率不變的同時，要通過減小PWM變換器的開關(guān)損耗來改善PWM變換器的效率和使得散熱器設(shè)計小型化，有效的途徑是將PWM變換器調(diào)制頻率設(shè)定為較低的值。但如果開關(guān)頻率設(shè)定得較低，變換器交流一側(cè)電流的紋波較大，而超過PWM變換器開關(guān)器件(例如GTO控制極可關(guān)斷可控硅)的峰值關(guān)斷電流。所以，需要增加平滑電流的電抗器等器件，這致使系統(tǒng)更加笨重。
如圖29所示，現(xiàn)有技術(shù)的單相PWM變換器控制系統(tǒng)101包括直流線路電壓控制單元111，變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112，和三角波比較單元122。直流線路電壓基準(zhǔn)值Vdc-Ref和直流線路電壓實際值Vdc輸入至直流線路電壓控制單元111。該單元由它們的偏差得到變換器交流一側(cè)電流的幅值|Is|，并將它送至變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112。變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112通過輸入變換器交流一側(cè)電流幅值|Is|、交流電壓實際值Vs和交流電流實際值Is，得到變換器電源電壓基準(zhǔn)值Vc。然后將變換器電源電壓基準(zhǔn)值Vc和電源電壓正弦相位θs輸入至三角波比較單元122，進(jìn)行脈寬調(diào)制。
也就是說，通過在比交流電源頻率(50—60Hz)高出7—9倍的高頻(約500Hz)三角波與變換器電壓基準(zhǔn)值之間進(jìn)行三角波比較來進(jìn)行此單相PWM變換器的脈寬調(diào)制。
但在這種現(xiàn)有技術(shù)的單相PWM變換器控制系統(tǒng)中，由PWM變換器開關(guān)造成的電流諧波導(dǎo)致交流電源的變壓器中的電磁噪聲。具體來說，在現(xiàn)有的PWM變換器開關(guān)頻率大約為500Hz的情況下，聽覺上感到最難受的1KHz—4KHz的噪聲變得更大。
而且，PWM變換器/逆變器的直流線路電壓越低，交流電源變壓器和逆變器負(fù)載電動機(jī)所產(chǎn)生的電磁噪聲就越小。但在現(xiàn)有技術(shù)的三角波比較PWM方法中，由于諸如GTO等功率開關(guān)器件最小導(dǎo)通時間的限制，直流線路電壓無法設(shè)為低于由交流電源電壓幅值所確定的規(guī)定值。
因而，本發(fā)明的目的在于提供一種無需增加諸如電流平滑電抗器，卻能減少PWM變換器開關(guān)損耗的單相PWM變換器的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明另一目的在于提供一種能夠降低聽覺上令人難受的噪聲的單相PWM變換器的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明再一個目的在于提供一種能夠?qū)⒅绷骶€路電壓設(shè)定得低于交流電源電壓幅值所確定的規(guī)定值，從而降低聽覺上令人難受的噪聲的單相PWM變換器的控制系統(tǒng)。
可以通過提供一種由多個功率開關(guān)器件組成的單相PWM變換器的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)本發(fā)明的上述以及其它目的。該單相PWM變換器輸入交流單相電壓，在PWM控制之下將該交流單相電壓變換為直流電壓，并輸出直流電壓。控制系統(tǒng)包括一變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元，用以輸入變換器直流一側(cè)電壓實際值、變換器交流一側(cè)電流實際值、電源電壓和電源電壓正弦波相位，并用以產(chǎn)生各個相位的電壓基準(zhǔn)；和一三角波產(chǎn)生單元，用以輸入電源電壓正弦波相位，并產(chǎn)生這樣一種三角波，當(dāng)電源電壓正弦波相位處于變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值較小的相位時，該三角波的頻率較低，而當(dāng)電源電壓正弦波相位處于變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值較大的相位時，該三角波的頻率較高。控制系統(tǒng)還包括一相連的三角波比較單元，用以接收三角波和電壓基準(zhǔn)，比較該電壓基準(zhǔn)和三角波，產(chǎn)生各個相位的PWM信號。把每個PWM信號分別送至單相PWM變換器的一個功率開關(guān)器件，對單相PWM變換器進(jìn)行PWM控制。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，通過提供一種由多個功率開關(guān)器件組成的單相PWM變換器的控制系統(tǒng)，得以實現(xiàn)本發(fā)明，該單相PWM變換器輸入交流單相電壓，在PWM控制之下將該交流單相電壓變換為直流電壓，并輸出直流電壓?？刂葡到y(tǒng)包括一變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元，用于輸入變換器直流一側(cè)電壓實際值、變換器直流一側(cè)電壓基準(zhǔn)值、變換器交流一側(cè)電流實際值、電源電壓和電源電壓正弦波相位，和用于產(chǎn)生各個相位的電壓基準(zhǔn)和變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值；一相連的三角波產(chǎn)生單元，它接收電源電壓正弦波相位和變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值，用以產(chǎn)生這樣一種三角波，當(dāng)變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值較小時，該三角波的頻率較低，而當(dāng)變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)較大時，該三角波的頻率較高?？刂葡到y(tǒng)還包括一相連的三角波比較單元，它接收三角波和電壓基準(zhǔn)，用以比較該電壓基準(zhǔn)和三角波，產(chǎn)生各個相位的PWM信號。把每個PWM信號分別送至單相PWM變換器的一個功率開關(guān)器件，對單相PWM變換器進(jìn)行PWM控制。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過提供一種由多個功率開關(guān)器件組成的單相PWM變換器的控制系統(tǒng)，得以實現(xiàn)本發(fā)明，該單相PWM變換器輸入交流單相電壓，在PWM控制之下將該交流單相電壓變換為直流電壓，并輸出直流電壓?？刂葡到y(tǒng)包括一變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元，用于輸入變換器直流一側(cè)電壓實際值、變換器直流一側(cè)電壓基準(zhǔn)值、變換器交流一側(cè)電流實際值、電源電壓和電源電壓正弦波相位，并用于產(chǎn)生各個相位的電壓基準(zhǔn)；以及一三角波產(chǎn)生單元，用于輸入電源電壓正弦波相位，并產(chǎn)生與該電源電壓正弦波相位同步的恒定頻率的三角波?？刂葡到y(tǒng)還包括一相連的電壓基準(zhǔn)校正單元，用以接收電壓基準(zhǔn)和電源電壓正弦波相位，根據(jù)該電源電壓正弦波相位校正電壓基準(zhǔn)，產(chǎn)生各個相位的電壓基準(zhǔn)校正值；和一相連的三角波比較單元，它接收三角波和電壓基準(zhǔn)校正值，比較該電壓基準(zhǔn)校正值和三角波，用以產(chǎn)生各個相位的PWM信號。把每個PWM信號分別送至單相PWM變換器的一個功率開關(guān)器件，對單相PWM變換器進(jìn)行PWM控制。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，通過提供一種由多個功率開關(guān)器件組成的單相PWM變換器的控制系統(tǒng)，得以實現(xiàn)本發(fā)明，該單相PWM變換器輸入交流單相電壓，在PWM控制之下將該交流單相電壓變換為直流電壓，并輸出直流電壓?？刂葡到y(tǒng)包括一直流線路電壓控制單元，用以輸入單相PWM變換器直流一側(cè)直流線路電壓實際值和以前設(shè)置的直流線路電壓基準(zhǔn)值，并用以產(chǎn)生單相PWM變換器交流一側(cè)第一電流幅值，以使直流線路電壓實際值和直流線路電壓基準(zhǔn)值之間的偏差減?。缓鸵幌噙B的變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元，它接收第一幅值和交流單相電壓，用以根據(jù)該第一幅值和交流單相電壓產(chǎn)生變換器電壓基準(zhǔn)。該變換器電壓基準(zhǔn)包括變換器電壓基準(zhǔn)的第二幅值和變換器電壓基準(zhǔn)的相位(它是變換器電壓基準(zhǔn)與交流單相電壓之間的相位差)?？刂葡到y(tǒng)還包括一相連的PWM單脈沖波形產(chǎn)生電路，它接收變換器電壓基準(zhǔn)、直流線路電壓實際值和交流單脈沖電壓的正弦波相位，產(chǎn)生與變換器電壓基準(zhǔn)的相位同步的PWM單脈沖波形各個相位的PWM信號。PWM單脈沖波形包括交流單相電壓半周期當(dāng)中的一個脈沖的PWM信號，與每個PWM信號一起提供的是與第二幅值相等的，PWM電壓基準(zhǔn)基頻成分的第三幅值，而每個PWM信號分別送至單相PWM變換器的一個功率開關(guān)器件，對單相PWM變換器進(jìn)行PWM控制。
根據(jù)本發(fā)明再一個方面，通過提供一種由多個功率開關(guān)器件組成的單相PWM變換器的控制系統(tǒng)，得以實現(xiàn)本發(fā)明，該單相PWM變換器輸入交流單相電壓，在PWM控制之下將該交流單相電壓變換為直流電壓，并輸出直流電壓。單相PWM變換器直流一側(cè)連接有逆變器，作為其負(fù)載?？刂葡到y(tǒng)包括一直流線路電壓設(shè)定單元，用以輸入逆變器的輸出頻率和交流單相電壓的第四幅值，并用以產(chǎn)生這樣一種直流線路電壓基準(zhǔn)值，當(dāng)輸出頻率較小時，直流線路電壓基準(zhǔn)值小于第四幅值，而當(dāng)輸出頻率較大時，直流線路電壓基準(zhǔn)值大于第四幅值；和一相連的直流線路電壓控制單元，它接收直流線路電壓基準(zhǔn)值和直流線路電壓實際值，用以產(chǎn)生單相PWM變換器交流一側(cè)電流的第一幅值，以使直流線路電壓實際值與直流線路電壓基準(zhǔn)值之間的偏差減小?？刂葡到y(tǒng)還包括一相連的變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元，它接收第一幅值、交流單相電壓、交流單相電壓的正弦波相位和單相PWM變換器輸入一側(cè)電流的實際值，用以產(chǎn)生變換器電壓基準(zhǔn)；和一相連的三角波比較單元，它接收變換器電壓基準(zhǔn)、直流線路電壓實際值和交流單相電壓的正弦波相位，用以比較變換器電壓基準(zhǔn)和具有直流線路電壓實際值所確定的幅值、與正弦波相位同步的恒定頻率的三角波，以產(chǎn)生各個相位的PWM信號。把每個PWM信號分別送至單相PWM變換器的一個功率開關(guān)器件，對單相PWM變換器進(jìn)行PWM控制。
下面通過參照附圖對本發(fā)明詳細(xì)描述，能更好地理解本發(fā)明并能獲得更完整的概念以及其他優(yōu)點。


圖1A為表示應(yīng)用本發(fā)明單相PWM變換器的主電路的電路圖；圖1B為表示本發(fā)明第一實施例單相PWM變換器控制系統(tǒng)的框圖；圖2為表明相位運(yùn)算單元1組成的框圖；圖3為表明三角波產(chǎn)生單元2組成的框圖；圖4為表明變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元3組成的框圖；圖5為表示圖1B第一實施例中的三角波和PWM波形的圖；圖6為表明本發(fā)明第二實施例單相PWM變換器控制系統(tǒng)的框圖；圖7表示圖6中三角波產(chǎn)生單元2a至2d輸出的三角波形圖；圖8表示本發(fā)明第三實施例單相PWM變換器控制系統(tǒng)中的三角波產(chǎn)生單元2e的框圖；圖9表示本發(fā)明第四實施例單相PWM變換器控制系統(tǒng)的框圖；圖10為三角波產(chǎn)生單元2A組成框圖；圖11為本發(fā)明第五實施例單相PWM變換器控制系統(tǒng)的框圖；圖12為圖11第五實施例中三角波和PWM波形的圖；圖13為應(yīng)用本發(fā)明單相PWM變換器的主電路的電路圖；圖14為本發(fā)明第六實施例單相PWM變換器控制系統(tǒng)的框圖；圖15為直流線路電壓控制單元111組成的框圖；圖16為變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112A組成的框圖；圖17為變換器交流一側(cè)電壓/電流向量圖；圖18為PWM脈沖波形產(chǎn)生單元113組成框圖；圖19為表明PWM脈沖波形產(chǎn)生單元113工作的波形圖；圖20為本發(fā)明第七實施例單相PWM變換器控制系統(tǒng)的框圖；圖21為直流線路電壓設(shè)定單元121的組成框圖；圖22為變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112B的組成框圖；圖23為三角波比較單元122的組成框圖；圖24為表明三角波比較單元122工作的波形圖25為第七實施例PWM電壓波形圖；圖26為本發(fā)明第八實施例單相PWM變換器控制系統(tǒng)的框圖；圖27為本發(fā)明第九實施例單相PWM變換器控制系統(tǒng)的框圖；圖28為現(xiàn)有技術(shù)單相PWM變換器控制系統(tǒng)中三角波產(chǎn)生單元2的組成框圖；圖29為現(xiàn)有技術(shù)單相PWM變換器控制系統(tǒng)的框圖。
下面參照附圖描述本發(fā)明的實施例，所有附圖中，相同標(biāo)號是指相同或相應(yīng)的部分。
圖1A和1B顯示本發(fā)明第一實施例單相PWM變換器控制系統(tǒng)。圖1A顯示單相PWM變換器的主電路50，而圖1B顯示其控制系統(tǒng)60。這是系統(tǒng)工作在所謂8脈沖PWM方式情況下的一實施例，該方式在交流電源V半個周期中具有8個脈沖。
如圖1A所示，主電路50包含一單相交流電源V，電抗器L，電容器C和變換器CON。該變換器CON包含如GTO(控制極可關(guān)斷可控硅)的GU、GV、GX、GY具有ON/OFF控制端的半導(dǎo)體器件和二極管DU、DV、DX、DY，每個二極管分別并聯(lián)于半導(dǎo)體器件GU、GV、GX、GY中的一個。
如圖1B所示，控制系統(tǒng)60包含相位運(yùn)算單元1、三角波產(chǎn)生單元2、變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元3和三角波比較單元4。
相位運(yùn)算單元1的組成如圖2所示，它輸入單相交流電源V的電源電壓Vs，計算和輸出電源電壓正弦波相位θs。
三角波產(chǎn)生單元2的組成如圖3所示，它取交流電源電壓正弦波相位θs作為其輸入，并與該交流電源電壓正弦波相位θs同步輸出高頻或低頻三角波TRI。
變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元3的組成如圖4所示，它輸入交流電源電壓正弦波相位θs、電源電壓Vs、變換器交流一側(cè)電流實際值Is、變換器直流一側(cè)電壓基準(zhǔn)Vdc-Ref和變換器直流一側(cè)電壓實際值Vdc。它執(zhí)行規(guī)定運(yùn)算過程并輸出U相電壓基準(zhǔn)VU-Ref和V相電壓基準(zhǔn)VV-Ref。
三角波比較單元4輸入由三角波產(chǎn)生單元2輸出的三角波TRI，和來自變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元3的U相電壓基準(zhǔn)VU-Ref和V相電壓基準(zhǔn)VV-Ref。它使用規(guī)定的運(yùn)算處理輸出U相PWM信號VU-PWM和V相PWM信號VV-PWM。這些PWM信號VU-PWM和VV-PWM經(jīng)門電路分別加至變換器CON中的半導(dǎo)體器件GU和GV，對變換器CON進(jìn)行PWM控制。雖然未圖示，但X和Y相的PWM信號VX-PWM和VY-PWM也用PWM信號VU-PWM和VV-PWM產(chǎn)生并經(jīng)門電路分別加至半導(dǎo)體器件GX和GY。
圖2是相位運(yùn)算單元1的組成框圖。它包含積分電路11，方波產(chǎn)生單元12，和上升沿檢測單元13。
方波產(chǎn)生單元12將電源電壓Vs的波形作為其輸入，并產(chǎn)生滿足下述條件分支的方波Vsqr，即，當(dāng)Vs≥0，Vsqr＝1，和當(dāng)Vs＜0，Vsqr＝0上升沿檢測單元13將方波產(chǎn)生單元12的輸出Vsqr作為其輸入，并在方波Vsqr從“0”變?yōu)椤?”的瞬間產(chǎn)生一脈沖Vop。
積分電路11取電源頻率fs作為其輸入，并進(jìn)行電源頻率fs的時間積分。當(dāng)上升沿檢測單元13的輸出脈沖Vop輸入至積分電路11時，它將積分值復(fù)位為零，并重新開始時間積分。它輸出積分值作為電源電壓正弦波相位θs。
圖3為三角波產(chǎn)生單元2的組成框圖。該三角波產(chǎn)生單元2包含三角波頻率設(shè)置單元21、高頻三角波產(chǎn)生單元22、低頻三角波產(chǎn)生單元23和三角波切換單元24。
高頻三角波產(chǎn)生單元22取交流電源電壓正弦波相位θs作為其輸入。它與該正弦波相位θs同步產(chǎn)生并輸出高頻三角波TRI1。
低頻三角波產(chǎn)生單元23也取交流電源電壓正弦波相位θs作為其輸入，它產(chǎn)生并輸出與該正弦波相位θs同步的低頻三角波TRI2。
三角波頻率設(shè)置單元21取交流電源電壓正弦波相位θs作為其輸入。它響應(yīng)于該交流電源電壓正弦波相位θs，輸出三角波頻率設(shè)定信號fset，以選擇低頻三角波TRI2或高頻三角波TRI1兩者之一。
三角波切換單元24將三角波頻率設(shè)定單元21輸出的三角波頻率設(shè)定信號fset、高頻三角波產(chǎn)生單元22輸出的高頻三角波TRI1和低頻三角波產(chǎn)生單元23輸出的低頻三角波TRI2，作為其輸入。它輸出頻率由三角波頻率設(shè)定信號fset所設(shè)定的三角波(TRI1或TRI2)作為三角波TRI。
以這種方式構(gòu)成的三角波產(chǎn)生單元2的運(yùn)算將參照圖1B、圖3和圖5進(jìn)行描述。電源電壓Vs為50Hz正弦波。由相位運(yùn)算單元1輸出的電源電壓正弦波相位θs輸入至三角波產(chǎn)生單元2。通常，控制單相PWM變換器使電源的功率因子為1。因此，電源電壓正弦波相位θs等于變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值相位。
高頻三角波產(chǎn)生單元22將電源電壓正弦波相位θs作為其輸入，并響應(yīng)電源電壓正弦波相位θs，輸出不變頻率的三角波TRI1，如下所示。三角波TRI1的頻率為電源電壓Vs頻率的9倍。
0≤θs＜(1/18)π→TRI1＝(18/π)θs(1/18)π≤θs＜(1/6)π→TRI1＝(-18/π)θs＋2(1/6)π≤θs＜(5/18)π→TRI1＝(18/π)θs－4(5/18)π≤θs＜(7/18)π→TRI1＝(-18/π)θs＋6(7/18)π≤θs＜(1/2)π→TRI1＝(18/π)θs－8(1/2)π≤θs＜(11/18)π→TRI1＝(-18/π)θs＋10(11/18)π≤θs＜(13/18)π→TRI1＝(18/π)θs－12
(13/18)π≤θs＜(5/6)π→TRI1＝(-18/π)θs＋14(5/6)π≤θs＜(17/18)π→TRI1＝(18/π)θs－16(17/18)π≤θs＜π→TRI1＝(-18/π)θs＋18π≤θs＜(19/18)π→TRI1＝(18/π)θs－18(19/18)π≤θs＜(7/6)π→TRI1＝(-18/π)θs＋20(7/6)π≤θs＜(23/18)π→TRI1＝(18/π)θs－22(23/18)π≤θs＜(25/18)π→TRI1＝(-18/π)θs＋24(25/18)π≤θs＜(3/2)π→TRI1＝(18/π)θs－26(3/2)π≤θs＜(29/18)π→TRI1＝(-18/π)θs＋28(29/18)π≤θs＜(31/18)π→TRI1＝(18/π)θs－30(31/18)π≤θs＜(11/6)π→TRI1＝(-18/π)θs＋32(11/6)π≤θs＜(35/18)π→TRI1＝(18/π)θs－34(35/18)π≤θs＜2π→TRI1＝(-18/π)θs＋36低頻三角波產(chǎn)生單元23將電源電壓正弦波的相位θs作為其輸入，并響應(yīng)電源電壓正弦波相位θs，輸出恒定頻率的三角波TRI2，如下所示。該三角波TRI2的頻率為電源電壓Vs頻率的6倍。
0≤θs＜(1/6)π→TRI2＝(-12/π)θs＋1(1/6)π≤θs＜(1/3)π→TRI2＝(12/π)θs－3(1/3)π≤θs＜(1/2)π→TRI2＝(-12/π)θs＋5(1/2)π≤θs＜(2/3)π→TRI2＝(12/π)θs－7(2/3)π≤θs＜(5/6)π→TRI2＝(-12/π)θs＋9(5/6)π≤θs＜π→TRI2＝(12/π)θs－11π≤θs＜(7/6)π→TRI2＝(-12/π)θs＋13(7/6)π≤θs＜(4/3)π→TRI2＝(12/π)θs－15(4/3)π≤θs＜(3/2)π→TRI2＝(-12/π)θs＋17(3/2)π≤θs＜(5/3)π→TRI2＝(12/π)θs－19(5/3)π≤θs＜(11/6)π→TRI2＝(-12/π)θs＋21
(11/6)π≤θs＜2π→TRI2＝(12/π)θs－23三角波頻率設(shè)定單元21取電源電壓正弦波相位θs作為其輸入。它響應(yīng)電源電壓正弦波相位θs，按照下面的條件分支輸出三角波頻率設(shè)定信號fset，即輸出fset＝1，當(dāng)(1/6)π≤θs＜(5/6)π，(7/6)π≤θs＜(11/6)π，和fset＝2，當(dāng)0≤θs＜(1/6)π，(5/6)π≤θs＜(7/6)π，(11/6)π≤θs＜2π。
三角波切換單元24將三角波頻率設(shè)定單元21輸出的三角波頻率設(shè)定信號fset、由高頻三角波產(chǎn)生單元22輸出的高頻三角波TRI1和由低頻三角波產(chǎn)生單元23輸出的低頻三角波TRI2作為它的輸入信號。三角波切換單元24響應(yīng)三角波頻率設(shè)定信號fset按下面的條件從兩個被輸入的三角波TRI1和TRI2選擇輸出一三角波作為三角波TRI。即，當(dāng)fset＝1，三角波TRI＝IRI1，而當(dāng)fset＝2，三角波TRI＝IRI2。
圖5顯示了通過上述操作從三角波產(chǎn)生單元2輸出的三角波TRI。三角波TRI的平均頻率是電源電壓Vs頻率的8倍。
圖4為變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元3的組成框圖。它包含正弦波產(chǎn)生單元31；電流基準(zhǔn)幅值運(yùn)算單元32；電流基準(zhǔn)運(yùn)算單元33；比較器34、35和36；除法器37和系數(shù)乘法器38。
正弦波產(chǎn)生單元31取交流電源電壓正弦波相位θs作為其輸入，并按照電源電壓正弦波相位θs輸出幅值為1的正弦波(θs)。
電流基準(zhǔn)幅值運(yùn)算單元32取由比較器34產(chǎn)生的變換器直流一側(cè)電壓基準(zhǔn)Vdc—Ref和變換器直流一側(cè)電壓實際值Vdc之間的差值ΔVdc作為其輸入。它輸出該差值ΔVdc乘以增益G(s)，作為電流基準(zhǔn)幅值|Is|。
電流基準(zhǔn)運(yùn)算單元33取正弦波產(chǎn)生單元31的輸出sin(θs)和電流基準(zhǔn)幅值運(yùn)算單元32的輸出作為兩個輸入。它輸出上述兩輸出的乘積作為變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值Is-Ref。即，Is-Ref＝|Is|×sin(θs).
接下來，比較器35從電流基準(zhǔn)運(yùn)算單元33的輸出Is-Ref和變換器交流一側(cè)電流實際值Is獲取差值ΔIs。比較器36獲得差值ΔIs與增益G2(s)的積并由交流電源電壓Vs減去該積。除法器37獲得比較器36的輸出被變換器直流電壓Vdc和2除的商，其輸出作為U相電壓基準(zhǔn)VU-Ref。還有，U相電壓基準(zhǔn)VU-Ref的值乘以(-1)的值由系數(shù)乘法器38輸出作為V相電壓基準(zhǔn)VV-Ref。即，VU-Ref＝1/(2·Vdc)〔Vs－G2(s)·(Is-Ref－Is)〕VV-Ref＝-1/(2·Vdc)〔Vs－G2(s)·(Is-Ref－Is)〕。
三角波比較單元4取三角波產(chǎn)生單元2的輸出TRI及變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元3的輸出VU-Ref和VV-Ref作為它的三個輸入。并按下面條件分支輸出U相PWM信號VU-PWM和V相PWM信號VV-PWM。
當(dāng)VU-Ref≥TRI，VU-PWM＝1，當(dāng)VU-Ref＜TRI，VU-PWM＝0，當(dāng)VV-Ref≥TRI，VV-PWM＝1，而當(dāng)VV-Ref＜TRI，VV-PWM＝0。
由于使用三角波產(chǎn)生單元2輸出的三角波TRI獲得PWM波形，所以即使開關(guān)次數(shù)下降也能輸出電流幅值不變大的PWM波形。
如上所述，單相PWM變換器的控制以交流電源電壓正弦波相位θs為基礎(chǔ)。換言之，當(dāng)交流電源電壓正弦波相位θs處于PWM變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值為大值時的相位時，由于使開關(guān)頻率更高而減小了電流紋波，從而開關(guān)器件的峰值關(guān)斷電流不會太大。而當(dāng)交流電源電壓正弦波相位θs處于PWM變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值為小值時的相位時，會使開關(guān)頻率變低。于是，由于減少了平均開關(guān)次數(shù)，從而在不增加電流平滑電抗器等情況下能減小PWM變換器的開關(guān)損耗。
圖6為本發(fā)明第二實施例單相PWM變換器控制系統(tǒng)的框圖。這是將本發(fā)明應(yīng)用于某個系統(tǒng)的例子，在該系統(tǒng)中，多個(如4個)單相PWM變換器CONa、CONb、CONc和CONd分別通過電抗器La、Lb、Lc和Ld并聯(lián)于變壓器TRa、TRb、TRc和TRd。
圖6中，變壓器TRa、TRb、TRc和TRd的初級繞組是共用的。負(fù)載LDa、LDb、LDc和LDd分別經(jīng)電容器Ca、Cb、Cc和Cd連接于各變換器CONa、CONb、CONc和CONd的輸出側(cè)。
4個單相PWM變換器控制系統(tǒng)60a、60b、60c和60d的結(jié)構(gòu)與圖1B所示控制系統(tǒng)60相同，它們用于控制4個單相變換器CONa、CONb、CONc和CONd。它們各自的三角波產(chǎn)生單元2a、2b、2c和2d產(chǎn)生如圖7所示的相互有相移的三角波TR1a、TR1b、TR1c和TR1d。
在控制單相PWM變換器CONa的單相PWM變換器控制系統(tǒng)60a中的三角波產(chǎn)生單元2a中，高頻三角波產(chǎn)生單元22a取電源電壓正弦波相位θs作為其輸入，并響應(yīng)電源電壓正弦波相位θs，輸出恒定頻率的三角波TRIa，如下所示。
0≤θs＜(1/18)π→TRI1a＝(18/π)θs(1/18)π≤θs＜(1/6)π→TRI1a＝(-18/π)θs＋2(1/6)π≤θs＜(5/18)π→TRI1a＝(18/π)θs－4(5/18)π≤θs＜(7/18)π→TRI1a＝(-18/π)θs＋6(7/18)π≤θs＜(1/2)π→TRI1a＝(18/π)θs－8(1/2)π≤θs＜(11/18)π→TRI1a＝(-18/π)θs＋10(11/18)π≤θs＜(13/18)π→TRI1a＝(18/π)θs－12(13/18)π≤θs＜(5/6)π→TRI1a＝(-18/π)θs＋14(5/6)π≤θs＜(17/18)π→TRI1a＝(18/π)θs－16
(17/18)π≤θs＜π→TRI1a＝(-18/π)θs＋18π≤θs＜(19/18)π→TRI1a＝(18/π)θs－18(19/18)π≤θs＜(7/6)π→TRI1a＝(-18/π)θs＋20(7/6)π≤θs＜(23/18)π→TRI1a＝(18/π)θs－22(23/18)π≤θs＜(25/18)π→TRI1a＝(-18/π)θs＋24(25/18)π≤θs＜(3/2)π→TRI1a＝(18/π)θs－26(3/2)π≤θs＜(29/18)π→TRI1a＝(-18/π)θs＋28(29/18)π≤θs＜(31/18)π→TRI1a＝(18/π)θs－30(31/18)π≤θs＜(11/6)π→TRI1a＝(-18/π)θs＋32(11/6)π≤θs＜(35/18)π→TRI1a＝(18/π)θs－34(35/18)π≤θs＜2π→TRI1a＝(-18/π)θs＋36低頻三角波產(chǎn)生單元23a將電源電壓正弦波相位θs作為其輸入，并響應(yīng)電源電壓正弦波相位θs，輸出恒定頻率的三角波TRI2a，如下所示。
0≤θs＜(1/6)π→TRI2a＝(-12/π)θs＋1(1/6)π≤θs＜(1/3)π→TRI2a＝(12/π)θs－3(1/3)π≤θs＜(1/2)π→TRI2a＝(-12/π)θs＋5(1/2)π≤θs＜(2/3)π→TRI2a＝(12/π)θs－7(2/3)π≤θs＜(5/6)π→TRI2a＝(-12/π)θs＋9(5/6)π≤θs＜π→TRI2a＝(12/π)θs－11π≤θs＜(7/6)π→TRI2a＝(-12/π)θs＋13(7/6)π≤θs＜(4/3)π→TRI2a＝(12/π)θs－15(4/3)π≤θs＜(3/2)π→TRI2a＝(-12/π)θs＋17(3/2)π≤θs＜(5/3)π→TRI2a＝(12/π)θs－19(5/3)π≤θs＜(11/6)π→TRI2a＝(-12/π)θs＋21(11/6)π≤θs＜2π→TRI2a＝(12/π)θs－23其余部分的組成和運(yùn)行控制如第一實施例所示。
以相同方式，在控制單相變換器CONb的單相PWM變換器控制系統(tǒng)60b中的三角波產(chǎn)生單元2b中，高頻三角波產(chǎn)生單元22b將電源電壓正弦波相位θs作為它的輸入，并響應(yīng)電源電壓正弦波相位θs，輸出恒定頻率的三角波TRI1b，如下所示。
0≤θs＜(1/9)π→TRI1b＝(-18/π)θs＋(1/9)π≤θs＜(2/9)π→TRI1b＝(18/π)θs－3(2/9)π≤θs＜(1/3)π→TRI1b＝(-18/π)θs＋5(1/3)π≤θs＜(4/9)π→TRI1b＝(18/π)θs－7(4/9)π≤θs＜(5/9)π→TRI1b＝(18/π)θs＋9(5/9)π≤θs＜(2/3)π→TRI1b＝(18/π)θs－11(2/3)π≤θs＜(7/9)π→TRI1b＝(-18/π)θs＋13(7/9)π≤θs＜(8/9)π→TRI1b＝(18/π)θs－15(8/9)π≤θs＜π→TRI1b＝(-18/π)θs＋17π≤θs＜(10/9)π→TRI1b＝(18/π)θs－19(10/9)π≤θs＜(11/9)π→TRI1b＝(-18/π)θs＋21(11/9)π≤θs＜(4/3)π→TRI1b＝(18/π)θs－23(4/3)π≤θs＜(13/9)π→TRI1b＝(-18/π)θs＋25(13/9)π≤θs＜(14/9)π→TRI1b＝(18/π)θs－27(14/9)π≤θs＜(5/3)π→TRI1b＝(-18/π)θs＋29(5/3)π≤θs＜(16/9)π→TRI1b＝(18/π)θs－31(16/9)π≤θs＜(17/9)π→TRI1b＝(-18/π)θs＋33(17/9)π≤θs＜2π→TRI1b＝(18/π)θs－35低頻三角波產(chǎn)生單元23b將電源電壓正弦波相位θs作為它的輸入，并響應(yīng)電源電壓正弦波相位θs，輸出恒定頻率的三角波TRI2b，如下所示。
0≤θs＜(1/12)π→TRI2b＝(-12/π)θs(1/12)π≤θs＜(3/12)π→TRI2b＝(12/π)θs－2
(3/12)π≤θs＜(5/12)π→TRI2b＝(-12/π)θs＋4(5/12)π≤θs＜(7/12)π→TRI2b＝(12/π)θs－6(7/12)π≤θs＜(9/12)π→TRI2b＝(-12/π)θs＋8(9/12)π≤θs＜(11/12)π→TRI2b＝(12/π)θs－10(11/12)π≤θs＜(13/12)π→TRI2b＝(-12/π)θs＋12(13/12)π≤θs＜(15/12)π→TRI2b＝(12/π)θs－14(15/12)π≤θs＜(17/12)π→TRI2b＝(-12/π)θs＋16(17/12)π≤θs＜(19/12)π→TRI2b＝(12/π)θs－18(19/12)π≤θs＜(21/12)π→TRI2b＝(-12/π)θs＋20(21/12)π≤θs＜(23/12)π→TRI2b＝(12/π)θs－22(23/12)π≤θs＜2π→TRI2b＝(-12/π)θs＋24其余部分的組成和運(yùn)行控制如第一實施例所示。
以同樣方式，在控制單相變換器CONc的單相PWM變換器控制系統(tǒng)60c中的三角波產(chǎn)生單元2c中，高頻三角波產(chǎn)生單元22c取電源電壓正弦波相位θs作為其輸入，并響應(yīng)電源電壓正弦波相位θs，輸出恒定頻率的三角波TRI1c，如下所示。
(1/36)π≤θs＜(5/36)π→TRI1c＝(-18/π)θs＋3/2(5/36)π≤θs＜(9/36)π→TRI1c＝(18/π)θs－7/2(9/36)π≤θs＜(13/36)π→TRI1c＝(-18/π)θs＋11/2(13/36)π≤θs＜(17/36)π→TRI1c＝(18/π)θs－15/2(17/36)π≤θs＜(21/36)π→TRI1c＝(-18/π)θs＋19/2(21/36)π≤θs＜(25/36)π→TRI1c＝(18/π)θs－23/2(25/36)π≤θs＜(29/36)π→TRI1c＝(-18/π)θs＋27/2(29/36)π≤θs＜(33/36)π→TRI1c＝(18/π)θs－31/2(33/36)π≤θs＜(37/36)π→TRI1c＝(-18/π)θs＋35/2(37/36)π≤θs＜(41/36)π→TRI1c＝(18/π)θs－39/2(41/36)π≤θs＜(45/36)π→TRI1c＝(-18/π)θs＋43/2
(45/36)π≤θs＜(49/36)π→TRI1c＝(18/π)θs－47/2(49/36)π≤θs＜(53/36)π→TRI1c＝(-18/π)θs＋51/2(53/36)π≤θs＜(57/36)π→TRI1c＝(18/π)θs－55/2(57/36)π≤θs＜(61/36)π→TRI1c＝(-18/π)θs＋59/2(61/36)π≤θs＜(65/36)π→TRI1c＝(18/π)θs－63/2(65/36)π≤θs＜(69/36)π→TRI1c＝(-18/π)θs＋67/2(69/36)π≤θs＜2π→TRI1c＝(18/π)θs－71/2低頻三角波產(chǎn)生單元23c將電源電壓正弦波相位θs作為其輸入，并響應(yīng)電源電壓正弦波相位θs，輸出恒定頻率的三角波TRI2c，如下所示。
0≤θs＜(3/24)π→TRI2c＝(-12/π)θs＋1/2(3/24)π≤θs＜(7/24)π→TRI2c＝(12/π)θs－5/2(7/24)π≤θs＜(11/24)π→TRI2c＝(-12/π)θs＋9/2(11/24)π≤θs＜(15/24)π→TRI2c＝(12/π)θs－13/2(15/24)π≤θs＜(19/24)π→TRI2c＝(-12/π)θs＋17/2(19/24)π≤θs＜(23/24)π→TRI2c＝(12/π)θs－21/2(23/24)π≤θs＜(27/24)π→TRI2c＝(-12/π)θs＋25/2(27/24)π≤θs＜(31/24)π→TRI2c＝(12/π)θs－29/2(31/24)π≤θs＜(35/24)π→TRI2c＝(-12/π)θs＋33/2(35/24)π≤θs＜(39/24)π→TRI2c＝(12/π)θs－37/2(39/24)π≤θs＜(43/24)π→TRI2c＝(-12/π)θs＋41/2(43/24)π≤θs＜(47/24)π→TRI2c＝(12/π)θs－45/2(47/24)π≤θs＜2π→TRI2c＝(-12/π)θs＋49/2其余組成部分和運(yùn)行控制如第一實施例所示。
以相同方式，在控制單相變換器CONd的單相PWM變換器控制系統(tǒng)中的三角波產(chǎn)生單元2d中，高頻三角波產(chǎn)生單元22d將電源電壓正弦波相位θs作為其輸入，并響應(yīng)電源電壓正弦波相位θs，輸出恒定頻率的三角波TRI1d，如下所示。
0≤θs＜(3/36)π→TRI1d＝(-18/π)θs＋1/2(3/36)π≤θs＜(7/36)π→TRI1d＝(18/π)θs－5/2(7/36)π≤θs＜(11/36)π→TRI1d＝(-18/π)θs＋9/2(11/36)π≤θs＜(15/36)π→TRI1d＝(18/π)θs－13/2(15/36)π≤θs＜(19/36)π→TRI1d＝(-18/π)θs＋17/2(19/36)π≤θs＜(23/36)π→TRI1d＝(18/π)θs－21/2(23/36)π≤θs＜(27/36)π→TRI1d＝(-18/π)θs＋25/2(27/36)π≤θs＜(31/36)π→TRI1d＝(18/π)θs－29/2(31/36)π≤θs＜(35/36)π→TRI1d＝(-18/π)θs＋33/2(35/36)π≤θs＜(39/36)π→TRI1d＝(18/π)θs－37/2(39/36)π≤θs＜(43/36)π→TRI1d＝(-18/π)θs＋41/2(43/36)π≤θs＜(47/36)π→TRI1d＝(18/π)θs－45/2(47/36)π≤θs＜(51/36)π→TRI1d＝(-18/π)θs＋49/2(51/36)π≤θs＜(55/36)π→TRI1d＝(18/π)θs－53/2(55/36)π≤θs＜(59/36)π→TRI1d＝(-18/π)θs＋57/2(59/36)π≤θs＜(63/36)π→TRI1d＝(18/π)θs－61/2(63/36)π≤θs＜(67/36)π→TRI1d＝(-18/π)θs＋65/2(67/36)π≤θs＜(71/36)π→TRI1d＝(18/π)θs－69/2(71/36)π≤θs＜2π→TRI1d＝(-18/π)θs＋73/2低頻三角波產(chǎn)生單元23d將電源電壓正弦波相位θs作為它的輸入，并響應(yīng)電源電壓正弦波相位θs，輸出恒定頻率的三角波TRI2d，如下所示。
O≤θs＜(1/24)π→TRI2d＝(-12/π)θs＋1/2(1/24)π≤θs＜(5/24)π→TRI2d＝(12/π)θs－3/2(5/24)π≤θs＜(9/24)π→TRI2d＝(-12/π)θs＋7/2(9/24)π≤θs＜(13/24)π→TRI2d＝(12/π)θs－11/2
(13/24)π≤θs＜(17/24)π→TRI2d＝(-12/π)θs＋15/2(17/24)π≤θs＜(21/24)π→TRI2d＝(12/π)θs－19/2(21/24)π≤θs＜(25/24)π→TRI2d＝(-12/π)θs＋23/2(25/24)π≤θs＜(29/24)π→TRI2d＝(12/π)θs－27/2(29/24)π≤θs＜(33/24)π→TRI2d＝(-12/π)θs＋31/2(33/24)π≤θs＜(37/24)π→TRI2d＝(12/π)θs－35/2(37/24)π≤θs＜(41/24)π→TRI2d＝(-12/π)θs＋39/2其余組成部分及運(yùn)行控制如第一實施例中所示。
按照與第一實施例相同的方式，由三角波產(chǎn)生單元2a、2b、2c和2d輸出的三角波TRIa、TRIb、TRIc和TRId(如圖7所示)可獲得PWM波形。通過這種方式，即使開關(guān)次數(shù)減少，也能輸出其電流幅值不大的PWM波形。而且，按照本實施例，由于三角波TRIa、TRIb、TRIc和TRId相互有相移(如圖7所示)，還能減小變壓器TRa、TRb、TRc和TRd的公共初級繞組中的電流紋波。
圖8是本發(fā)明第三實施例單相PWM變換器控制系統(tǒng)的三角波產(chǎn)生單元2e的基本部分的框圖。這是一個用僅包含三角波存儲單元25的三角波產(chǎn)生單元2e代替第一實施例中三角波產(chǎn)生單元2的例子。
三角波存儲單元25將電源電壓正弦波相位θs作為其輸入，并響應(yīng)電源電壓正弦波相位θs，輸出如下的三角波TRI。
0≤θs＜(1/6)π→TRI＝(-12/π)θs＋1(1/6)π≤θs＜(5/18)π→TRI＝(18/π)θs－4(5/18)π≤θs＜(7/18)π→TRI＝(-18/π)θs＋6(7/18)π≤θs＜(1/2)π→TRI＝(18/π)θs－8(1/2)π≤θs＜(11/18)π→TRI＝(-18/π)θs＋10(11/13)π≤θs＜(13/18)π→TRI＝(18/π)θs－12(13/18)π≤θs＜(5/6)π→TRI＝(-18/π)θs＋14
(5/6)π≤θs＜π→TRI＝(12/π)θs－11π≤θs＜(7/6)π→TRI＝(-12/π)θs＋13(7/6)π≤θs＜(23/18)π→TRI＝(18/π)θs－22(23/18)π≤θs＜(25/18)π→TRI＝(-18/π)θs＋24(25/18)π≤θs＜(3/2)π→TRI＝(18/π)θs－26(3/2)π≤θs＜(29/18)π→TRI＝(-18/π)θs＋28(29/18)π≤θs＜(31/18)π→TRI＝(+18/π)θs－30(31/18)π≤θs＜(11/6)π→TRI＝(-18/π)θs＋32(11/6)π≤θs＜2π→TRI＝(12/π)θs－23即，如圖5所示，三角波存儲單元25產(chǎn)生的三角波TRI與圖3的三角波產(chǎn)生單元2產(chǎn)生的三角波TRI具有相同的波形。
其余部分和工作控制如第一實施例中所示。
按照與第一實施例相同方式，用三角波產(chǎn)生單元2e輸出的三角波TRI能獲得PWM波形。按照這種方式，即使開關(guān)次數(shù)下降，也能輸出其電流幅值不變大的PWM波形。
下面將參照圖9和10來描述本發(fā)明第四實施例的單相PWM變換器控制系統(tǒng)。圖9和10分別為本發(fā)明第四實施例中控制系統(tǒng)60A的整個組成和三角波產(chǎn)生單元2A的組成方框圖。
圖9中，與圖1B所示實施例的不同之處在于，變換器交流一側(cè)的電流基準(zhǔn)值Is-Ref是從變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元3輸出到三角波產(chǎn)生單元2A的。由于除此之外其它地方都與圖1B相同，故不再對其加以描述。
再者，本實施例的三角波產(chǎn)生單元2A如圖10所示那樣構(gòu)成。與圖3所示的不同之處在于，置于三角波產(chǎn)生單元2A中的一三角波頻率設(shè)定單元21A，是根據(jù)變換器交流電流一側(cè)基準(zhǔn)值Is-Ref的幅度來確定三角波頻率設(shè)定信號fset的。
以下參照圖10描述三角波頻率設(shè)定單元21A的操作。三角波頻率設(shè)定單元21A將變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值Is-Ref作為其輸入。它按照以下方式用變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值Is-Ref的幅值輸出三角波頻率設(shè)定信號fset。
將一個預(yù)定的三角波頻率設(shè)定切換值作為Is-Set，同時當(dāng)|Is|＜Is-Set時，fset＝2，當(dāng)|Is|≥Is-Set時，fset＝1由三角波頻率設(shè)定單元21A輸出。
其余的組成和操作控制如第一個實施例所示。
采用與第一個實施例中相同的方式，利用三角波產(chǎn)生單元2A輸出的三角波TRI來獲得一個PWM波形。即使開關(guān)次數(shù)減少，也可以輸出電流幅值未變大的一個PWM波形。
如上所述，根據(jù)變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值Is-Ref的幅值控制單相PWM變換器。即當(dāng)變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值Is-Ref的幅值為大時，通過提高開關(guān)頻率來減小電流紋波，由此使開關(guān)器件的峰值關(guān)斷電流不至于過大。當(dāng)變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值Is-Ref的幅值為小時，使開關(guān)頻率較低。這樣，通過減少平均開關(guān)次數(shù)，無需增加電流平滑電抗器即可減少PWM變換器的開關(guān)損耗。
圖11是一個方框圖，它表示根據(jù)本發(fā)明第五個實施例的一個單相PWM變換器控制系統(tǒng)60B的總體構(gòu)成。該實施例適合于系統(tǒng)采用在交流電源V半個周期內(nèi)具有7個脈沖的一種7脈沖PWM方式工作。
該控制系統(tǒng)60B的構(gòu)成方式與第一個實施例所述相同，它由相位運(yùn)算單元1、變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元3以及三角波比較單元4組成。
除此之外，該系統(tǒng)還增加了電壓基準(zhǔn)校正運(yùn)算單元5。并用一個三角波發(fā)生單元2B替換了圖3中所示的三角波發(fā)生單元2。
相位運(yùn)算單元1例如像圖2所示那樣構(gòu)成。它輸入單相交流電源V的電源電壓Vs，運(yùn)算輸出電源電壓正弦波相位θs。
三角波產(chǎn)生單元2B將交流電源電壓正弦波相位θs作為其輸入。它輸出一個與該交流電源電壓正弦波相位θs同步的、頻率恒定的三角波TRI，以下將作詳細(xì)描述。
變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元3例如像圖4所示那樣構(gòu)成。它將交流電源電壓正弦波相位θs、電源電壓Vs、變換器交流一側(cè)交流實際值Is、變換器直流一側(cè)電壓基準(zhǔn)Vdc-Ref以及變換器直流一側(cè)電流實際值Vdc作為其輸入。它執(zhí)行一個規(guī)定的運(yùn)算過程，并輸出U相電壓基準(zhǔn)VU-Ref和V相電壓基準(zhǔn)VV-Ref。
電壓基準(zhǔn)校正運(yùn)算單元5將經(jīng)由變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元3計算的變換器電壓基準(zhǔn)值(U相電壓基準(zhǔn)VU-Ref和V相電壓基準(zhǔn)VV-Ref)以及交流電源電壓正弦波相位θs作為其輸入。它響應(yīng)交流電源電壓正弦波相位θs。輸出U相電壓基準(zhǔn)校正值VU-Ref′和V相電壓基準(zhǔn)校正值VV-Ref′，它們是經(jīng)過校正的變換器電壓基準(zhǔn)值。以下將作詳細(xì)描述。
三角波比較單元4將由三角波產(chǎn)生單元2B輸出的三角波TRI以及由電壓基準(zhǔn)校正單元5輸出的電壓基準(zhǔn)校正值VU-Ref′和VV-Ref′作為其輸入。它分別根據(jù)該兩個數(shù)值VU-Ref′和VV-Ref′與三角波TRI的數(shù)值的比較結(jié)果，輸出PWM信號VU-PWM和VV-PWM。
以下參照圖12描述以此種方式構(gòu)成的本發(fā)明第五個實施例的操作。這里，當(dāng)三角波產(chǎn)生單元2B輸入交流電源電壓正弦波相位θs時，它響應(yīng)交流電源電壓正弦波相位θs，輸出頻率恒定的三角波TRI，如下所示0≤θs＜(1/9)π→TRI＝(18/π)θs－1(1/9)π≤θs＜(2/9)π→TRI＝(-18/π)θs＋3(2/9)π≤θs＜(3/9)π→TRI＝(18/π)θs－5(3/9)π≤θs＜(4/9)π→TRI＝(-18/π)θs＋7
(4/9)π≤θs＜(5/9)π→TRI＝(18/π)θs－9(5/9)π≤θs＜(6/9)π→TRI＝(-18/π)θs＋11(6/9)π≤θs＜(7/9)π→TRI＝(18/π)θs－13(7/9)π≤θs＜(8/9)π→TRI＝(-18/π)θs＋15(8/9)π≤θs＜(9/9)π→TRI＝(18/π)θs－17(9/9)π≤θs＜(10/9)π→TRI＝(-18/π)θs＋19(10/9)π≤θs＜(11/9)π→TRI＝(18/π)θs－21(11/9)π≤θs＜(12/9)π→TRI＝(-18/π)θs＋23(12/9)π≤θs＜(13/9)π→TRI＝(18/π)θs－25(13/9)π≤θs＜(14/9)π→TRI＝(-18/π)θs＋27(14/9)π≤θs＜(15/9)π→TRI＝(18/π)θs－29(15/9)π≤θs＜(16/9)π→TRI＝(-18/π)θs＋31(16/9)π≤θs＜(17/9)π→TRI＝(18/π)θs－33(17/9)π≤θs＜(18/9)π→TRI＝(-18/π)θs＋35電壓基準(zhǔn)校正單元5將由變換器由電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元3輸出的U相電壓基準(zhǔn)VU-Ref和V相電壓基準(zhǔn)VV-Ref以及交流電源電壓正弦波相位θs作為其輸入。它校正變換器電壓基準(zhǔn)值VU-Ref和VV-Ref，并以以下方式響應(yīng)交流電源電壓正弦波相位θs，輸出U相電壓基準(zhǔn)校正值VU-Ref′和V相電壓基準(zhǔn)校正值VV-Ref′0≤θs＜(1/9)π→VU-Ref′＝-10≤θs＜(1/9)π→VV-Ref′＝-1(1/9)π≤θs＜(8/9)π→VU-Ref′＝VU-Ref(1/9)π≤θs＜(8/9)π→VV-Ref′＝VV-Ref(8/9)π≤θs＜(8/9)π→VU-Ref′＝1(8/9)π≤θs＜(10/9)π→VU-Ref′＝1(10/9)π≤θs＜(17/9)π→VU-Ref′＝VU-Ref(10/9)π≤θs＜(17/9)π→VV-Ref′＝VV-Ref
(17/9)π≤θs＜(18/9)π→VU-Ref′＝-1(17/9)π≤θs＜(18/9)π→VV-Ref′＝-1不用說，相位運(yùn)算單元1，變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元3和三角波比較單元4都以與第一個實施例所述相同的方式操作。
如前所述，利用三角波發(fā)生單元2B輸出的三角波TRI和電壓基準(zhǔn)校正單元5輸出的電壓基準(zhǔn)校正值VU-Ref′和VV-Ref′獲得PWM波形。采用這種方式即可獲得PWM波形，其中，即使開關(guān)次數(shù)減少，電流幅值也不會變大。
以下參照附圖描述本發(fā)明的另一個實施例。
圖13表示采用本發(fā)明的單相PWM變換器的一個主電路150。圖13中，主電路150由單相交流電源V、電阻器R、電抗器L、電容器C以及變換器CON組成，其中，變換器CON又由具有開/關(guān)控制端的半導(dǎo)體器件，諸如GTO(控制極可關(guān)斷可控硅)，GU、GV、GX和GY以及分別并聯(lián)于半導(dǎo)體器件GU、GV、GX和GY之一的二極管DU、DV、DX和DY組成。
圖14是一個方框圖，它表示根據(jù)本發(fā)明第六個實施例的一個單相PWM變換器控制系統(tǒng)101A。如圖14所示，單相PWM變換器控制系統(tǒng)101A由直流線路電壓控制單元111、變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112A和一個PWM單脈沖波形產(chǎn)生單元113組成。
如圖15所示，直流線路電壓控制單元111輸入直流線路電壓基準(zhǔn)值VdcRef和直流線路電壓實際值Vdc。它輸出直流線路電壓基準(zhǔn)值Vdc Ref與直流線路電壓實際值Vdc之差與增益G(s)相乘的值作為變換器交流一側(cè)的電流幅值|Is|。即|Is|＝G(s)×(Vdc Ref-Vdc)如圖16所示，變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112A通過將直流線路電壓控制單元111輸出的交流側(cè)電流幅值|Is|、交流電源角頻率ω(當(dāng)電源頻率為50Hz時，ω＝2×π×50rad/s)和變換器交流一側(cè)電感L三者相乘獲得電源電壓Vs的一個正交分量電壓VL。即VL＝ω·L·|Is|而且，它通過從一個交流電源電壓幅值|Vs|中減去變換器交流一側(cè)電流幅值|Is|與變換器交流一側(cè)電阻R相乘的值，獲得電源電壓Vs的一個平行分量電壓VR。即VR＝|Vs|－R·|Is|這樣，根據(jù)圖17所示的變換器交流一側(cè)電壓/電流矢量圖，它獲得了一個變換器電壓基準(zhǔn)幅值|Vc|和一個變換器電壓基準(zhǔn)相位δ。即，它通過利用正交和平行分量電壓VL和VR的下列等式獲得變換器電壓基準(zhǔn)幅值|Vc|和變換器電壓基準(zhǔn)相位δ，即|Vc|＝(VR2＋VL2)1/2δ＝tan-1(VL/VR)如圖18所示，PWM單脈沖波形產(chǎn)生單元113輸入直流線路電壓實際值Vdc、變換器電壓基準(zhǔn)幅值|Vc|、變換器電壓基準(zhǔn)相位δ以及電源電壓正弦波相位θs。它利用以下等式，根據(jù)變換器電壓基準(zhǔn)幅值|Vc|和直流線路電壓實際值Vdc，為PWM單脈沖波形計算一個開關(guān)角(switching angle)θ1。即θ1＝cos-1(π|Vc|/4·Vdc)當(dāng)用上述等式所獲得的開關(guān)角θ1進(jìn)行開關(guān)時，PWM單脈沖波形輸出電壓的基頻分量可以與變換器電壓基準(zhǔn)幅值相符。
而且，通過把變換器電壓基準(zhǔn)相位δ與電源電壓正弦波相位θs相加值(θs＋δ)與開關(guān)角θ1進(jìn)行比較，可以通過以下的條件分支獲得PWM單脈沖輸出電壓波形。即，如圖19所示，對于U相輸出電壓VuPWM，當(dāng)0≤(θs＋δ)＜π－θ1，輸出VuPWM＝Vdc/2，當(dāng)π－θ1≤(θs＋δ)＜2π－θ1，輸出VuPWM＝0，和當(dāng)2π－θ1≤(θs＋δ)＜2π，輸出VuPWM＝Vdc/2。
對于V相輸出電壓VvPWM，當(dāng)0≤(θs＋δ)＜θ1，輸出VvPWM＝Vdc/2，當(dāng)θ1≤(θs＋δ)＜π＋θ1，輸出VvPWM＝0，和當(dāng)π＋01≤(θs＋δ)＜2π，輸出VvPWM＝Vdc/2。
這些PWM信號VuPWM和Vv PWM經(jīng)門電路加至變換器CON中各個半導(dǎo)體器件GU和GV用以PWM控制變換器CON。盡管未在圖中顯示，X相和Y相的PWM信號VxPWM和VyPWM的產(chǎn)生也是利用PWM信號VuPWM和Vv PWM，并經(jīng)由門電路分別加至各個半導(dǎo)體器件GX和GY。
單相PWM變換器利用按上述方式獲得的PWM單脈沖波形進(jìn)行控制。即，當(dāng)變換器交流一側(cè)電壓基準(zhǔn)位于正弦波峰附近時，對單相PWM變換器進(jìn)行控制，使得不再進(jìn)行開關(guān)。采用這種方式，變換器即工作于一種單脈沖方式，其中在電源電壓的半周內(nèi)僅出現(xiàn)1個脈沖。這樣，基波分量(50Hz或60Hz)的5次和7次低頻分量主要分布在電流諧波中。因此，在低于電磁噪聲頻帶(1-4KHz)的范圍內(nèi)成為一個頻率分量的分布。這樣就可以設(shè)計得減少噪聲。
圖20是一個方框圖，它表示根據(jù)本發(fā)明第七個實施例的一個單相PWM變換器控制系統(tǒng)101B。如圖20所示，單相PWM變換器控制系統(tǒng)101B由直流線路電壓設(shè)定單元121、直流線路電壓控制單元111、變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112B以及三角波比較單元122組成。
直流線路電壓設(shè)定單元121根據(jù)一預(yù)定的圖形(圖21示出其中的一例)，響應(yīng)逆變器(未圖示)輸出頻率finv的值，輸出直流線路電壓基準(zhǔn)Vdc Ref，該逆變器作為負(fù)載連接到PWM變換器CON的直流一側(cè)。
本實施例中該預(yù)定圖形的特征位于A區(qū)，其中，逆變器輸出頻率finv小于一預(yù)定的頻率finv-CHG。在A區(qū)，直流線路電路設(shè)定單元121設(shè)定直流線路電壓基準(zhǔn)Vdc Ref使之小于PWM變換器交流電源幅值|Vs|。在B區(qū)，其中，逆變器輸出頻率finv大于頻率finv-CHG，直流線路電壓設(shè)定單元121設(shè)定使直流線路電壓基準(zhǔn)VdcRef，使之大于PWM變換器交流電源電壓幅值|Vs|，如現(xiàn)有技術(shù)那樣。
直流線路電壓控制單元111與第六個實施例所述的相同，故這里不再對其加以描述。
如圖23所示，變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112B由正弦波產(chǎn)生單元131和變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)運(yùn)算單元132組成。
正弦波產(chǎn)生單元131將電源電壓正弦波相位θs作為其輸入，并響應(yīng)于電源電壓正弦波相位θs，輸出一正弦波sin(θs)，其幅值為1。
電流基準(zhǔn)運(yùn)算單元132將由直流線路電壓控制單元111輸出的變換器交流一側(cè)電流幅值|Is|以及由正弦波產(chǎn)生單元131輸出的正弦波sin(θs)作為其輸入。它通過以下的運(yùn)算輸出變換器交流一側(cè)電流基)Is-Ref，Is-Ref＝|Is|·sin(θs)把變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值Is-Ref與變換器交流一側(cè)電壓實際值Is之差乘以增益G2(s)。把這一乘積值從交流電源電壓Vs中減去后，作為變換器交流一側(cè)電壓基準(zhǔn)值Vc輸出。即Vc＝Vs－G2(s)×(Is－Ref－Is)。
如圖23所示，三角波比較單元122中的三角波產(chǎn)生單元141將直流線路電壓實際值Vdc和電源電壓正弦波相位θs作為其輸入。它輸出具有一特定頻率與電源電壓正弦波相位θs同步的三角波TRI(幅值Vdc/2)，利用變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112B輸出的變換器交流一側(cè)電壓基準(zhǔn)值Vc，可以通過下列運(yùn)算獲得U相電壓基準(zhǔn)Vu和V相電壓基準(zhǔn)VvVu＝Vc/2，和
Vv＝-Vc/2通過對各個U相和V相電壓基準(zhǔn)Vu和Vv與三角波產(chǎn)生單元141輸出之三角波TRI進(jìn)行幅值比較，可以獲得U相和V相的PWM電壓信號VuPWM和VvPWM。
即，如圖24所示，當(dāng)Vu≥TRI，VuPWM＝Vdc/2，當(dāng)Vu＜TRI，VuPWM＝-Vdc/2，當(dāng)Vv≥TRI，VvPWM＝Vdc/2，和當(dāng)Vv≥TRI，VvPWM＝-Vdc/2，圖25表示當(dāng)直流線路電壓Vdc高時以及當(dāng)直流線路電壓Vdc低時，PWM輸出電壓的例子。當(dāng)直流線路電壓Vdc為高時，像圖25(a)所示的通常的PWM控制那樣執(zhí)行PWM控制。當(dāng)直流線路電壓Vdc為低時，如圖25(b)所示，減少電源電壓每半個周期的開關(guān)次數(shù)。因此，當(dāng)單相PWM變換器由PWM單脈沖波形控制時，在低于電磁噪聲頻帶(1-4KHz)的范圍內(nèi)將部分地成為頻率分量的分布。這樣，就可以設(shè)計得減少噪聲。
而且，當(dāng)直流線路電壓Vdc為低時，輸出零電壓的時間可自動減少。這樣，可以將輸出電壓的基頻分量設(shè)定到一個較高值。因此，直流線路電壓可以設(shè)定到比一個根據(jù)交流電源電壓Vs的幅值而定的特定值更低的值。
圖26是一個方框圖，它表示根據(jù)本發(fā)明第八個實施例的一個單相PWM變換器控制系統(tǒng)101c。如圖26所示，該第八個實施例的單相PWM變換器控制系統(tǒng)101c由直流線路電壓設(shè)定單元121、直流線路電壓控制單元111、變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112A以及PWM單脈沖波形產(chǎn)生單元113組成。
直流線路電壓設(shè)定單元121與第七個實施例中所述的相同，直流線路電壓控制單元111、變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112A和PWM單脈沖波形產(chǎn)生單元113與第六個實施例中所述的相同。因此，這些部分的描述均在此省略。
因此，雖然有此類組成，單相PWM變換器控制系統(tǒng)101c可以利用PWM單脈沖波形操作。這樣，采用與第六個實施例所述相同的方式，在低于電磁噪聲頻帶(1-4KHz)的范圍內(nèi)成為頻率分量分布。因此，在將逆變器作為負(fù)載連接到PWM變換器CON直流一側(cè)的情況下，可以設(shè)計得減小噪聲。
圖27是一個方框圖，它表示根據(jù)本發(fā)明第九個實施例的一個單相PWM變換器控制系統(tǒng)101D。如圖27所示，該第九個實施例的單相PWM變換器控制系統(tǒng)101D由直流線路電壓設(shè)定單元121、直流線路電壓控制單元111、變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112C、PWM單脈沖波形產(chǎn)生單元113、三角波比較單元122、脈沖方式設(shè)定單元151以及脈沖方式切換單元152組成。
直流線路電壓設(shè)定單元121和三角波比較單元122的操作與第七個實施例中所述的相同，在此不再加以描述。
而且，直流線路電壓控制單元111和PWM單脈沖波形產(chǎn)生單元113也與第六個實施例中所述的相同，故在此也作了省略。
再者，變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112C由圖16和22分別表示的變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112A和112B組合而成。變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元112C輸出變換器電壓基準(zhǔn)幅值|Vc|和變換器電壓基準(zhǔn)相位δ(它們由第六個實施例中所述并由圖16所示的運(yùn)算電路所獲得)，并輸出變換器電壓基準(zhǔn)值Vc(它由第七個實施例中所述并由圖22所示的運(yùn)算電路獲得)。
脈沖方式設(shè)定單元151響應(yīng)逆變器輸出頻率finv的值輸出脈沖方式設(shè)定信號Spms，該逆變器作為負(fù)載連接到PWM變換器的直流一側(cè)。當(dāng)逆變器輸出頻率finv大于或不大于預(yù)定頻率finv-CHG時，脈沖方式設(shè)定信號Spms分別取數(shù)值2或數(shù)值1。即，當(dāng)finv＜finv-CHG時，脈沖方式設(shè)定信號Spms＝1，而當(dāng)finv≥finv-CHG時，脈沖方式設(shè)定信號Spms＝2。
脈沖方式切換單元152響應(yīng)按此種方式輸出的脈沖設(shè)定信號Spms，或者切換至三角波比較單元122的輸出端，或者切換至PWM單脈沖波形產(chǎn)生單元113的輸出端。
當(dāng)脈沖方式設(shè)定信號Spms為1時，即把PWM單脈沖波形產(chǎn)生單元113的輸出作為U相和V相的PWM信號VuPWM和VvPWM輸出。
當(dāng)脈沖方式設(shè)定信號Spms為2時，即把三角波比較單元122的輸出作為U相和V相PWM信號VuPWM和VvPWM輸出。
當(dāng)采用具有此類組成的單相PWM變換器控制系統(tǒng)時，通過把作為負(fù)載連接的逆變器的頻率設(shè)置在一個較低的范圍(低于人耳討厭的電磁波噪聲頻帶(1-4KHz))，可以設(shè)計得減小噪聲。
當(dāng)采用本發(fā)明時，可以提供一個單個PWM變換控制系統(tǒng)，它無需增加諸如電流平滑電抗器就能減小PWM變換器的開關(guān)損耗。
當(dāng)采用如上所述的本發(fā)明時，可以提供一種單相PWM變換器控制系統(tǒng)，它通過使電磁噪聲低于人耳討厭的頻帶(1-4KHz)，可設(shè)計得減小噪聲。再者，也可以設(shè)定直流線路電壓低于由交流電源電壓幅值所確定的規(guī)定值，由此減小使人耳討厭的噪聲。
顯然，根據(jù)上述內(nèi)容還可以對本發(fā)明作出種種改進(jìn)和變更。因此，應(yīng)該明白，在所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)，除了上述特定例子外，還可以進(jìn)一步實施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種單相PWM變換器控制系統(tǒng)，該單相PWM變換器由多個功率開關(guān)器件組成，該P(yáng)WM變換器輸入交流單相電壓，在PWM控制之下將所述交流單相電壓變換為直流電壓，并輸出所述直流電壓，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算裝置，用于輸入變換器直流一側(cè)電壓實際值、變換器直流一側(cè)電壓基準(zhǔn)值、變換器交流一側(cè)電流實際值、電源電壓和電源電壓正弦波相位，產(chǎn)生各個相位的電壓基準(zhǔn)；三角波發(fā)生裝置，用于輸入所述電源電壓正弦波相位，產(chǎn)生這樣一種三角波，當(dāng)所述電源電壓正弦波相位處于變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值較小的相位時，所述三角波的頻率較低，而當(dāng)所述電源電壓正弦波相位處于所述變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值較大的相位時，所述三角波的頻率較高；以及連接著的三角波比較裝置，它接收所述三角波和所述電壓基準(zhǔn)，用以比較所述電壓基準(zhǔn)和所述三角波，產(chǎn)生各個相位的PWM信號；把每個所述PWM信號分別送至所述單相PWM變換器的一個所述功率開關(guān)器件，對所述單相PWM變換器進(jìn)行PWM控制。
2.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述三角波發(fā)生裝置包括高頻三角波發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生與所述電源電壓正弦波相位同步的高頻三角波；低頻三角波發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生與所述電源電壓正弦波相位同步的低頻三角波；三角波頻率設(shè)定裝置，用于根據(jù)所述電源電壓正弦波相位產(chǎn)生三角波設(shè)定信號，以選擇所述高頻三角波和所述低頻三角波之一；以及連接著的三角波切換裝置，它接收所述三角波設(shè)定信號、所述高頻三角波和所述低頻三角波，用以產(chǎn)生由所述三角波設(shè)定信號所選定的所述高頻三角波和所述低頻三角波之一作為所述三角波。
3.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述三角波產(chǎn)生裝置包括一三角波存儲器，用以存儲著作為所述電源電壓正弦波相位函數(shù)的所述三角波的所述大小，該三角波發(fā)生裝置產(chǎn)生依據(jù)所述電源電壓正弦波相位與交流電源電壓同步的所述三角波。
4.一種單相PWM變換器控制系統(tǒng)，該單相PWM變換器由多個單相PWM單元變換器組成，每個所述單相PWM單元變換器由多個功率開關(guān)器件組成，該P(yáng)WM變換器通過變壓器輸入交流單相電壓，在PWM控制之下將所述交流單相電壓變換為直流電壓，并且輸出所述直流電壓，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括用于控制各個所述單相PWM單元變換器的多個單元控制系統(tǒng)，每個所述單元控制系統(tǒng)包括變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算裝置，用于輸入變換器直流一側(cè)電壓實際值、變換器直流一側(cè)電壓基準(zhǔn)值、變換器交流一側(cè)電流實際值、電源電壓和電源電壓正弦波相位，并用以產(chǎn)生各個相位的電壓基準(zhǔn)；三角波產(chǎn)生裝置，用以輸入所述電源電壓正弦波相位，并用以產(chǎn)生這樣一種三角波，當(dāng)所述電源電壓正弦波相位處于變換器變換一側(cè)電流基準(zhǔn)值較小的相位時，所述三角波的頻率較低，而當(dāng)所述電源電壓正弦波相位處于所述變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值較大的相位時，所述三角波的頻率較高；以及連接著的三角波比較裝置，它接收所述三角波和所述電壓基準(zhǔn)，用于比較所述電壓基準(zhǔn)和所述三角波，以產(chǎn)生各個相位的PWM信號；把每個所述PWM信號分別送至所述單相PWM單元變換器的一個所述功率開關(guān)器件，對所述單相PWM單元變換器進(jìn)行PWM控制；所述三角波產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的每個所述三角波互相之間有相移。
5.一種單相PWM變換器控制系統(tǒng)，該單相PWM變換器由多個功率開關(guān)器件組成，該P(yáng)WM變換器輸入交流單相電壓，在PWM控制之下將所述交流單相電壓變換為直流電壓，并且輸出所述直流電壓，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算裝置，用于輸入變換器直流一側(cè)電壓實際值、變換器直流一側(cè)電壓基準(zhǔn)值、變換器交流一側(cè)電流實際值、電源電壓和電源電壓正弦波相位，并用于產(chǎn)生各個相位的電壓基準(zhǔn)和變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值；連接著的三角波發(fā)生裝置，它接收所述電源電壓正弦波相位和所述變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值，用于產(chǎn)生這樣一種三角波，當(dāng)所述變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值較小時，所述三角波的頻率較低，而當(dāng)所述變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值較大時，所述三角波的頻率較高；以及連接著的三角波比較裝置，它接收所述三角波和所述電壓基準(zhǔn)，用于比較所述電壓基準(zhǔn)和所述三角波，以產(chǎn)生各個相位的PWM信號；把每個所述PWM信號分別送至所述單相PWM變換器的一個所述功率開關(guān)器件，對所述單相PWM變換器進(jìn)行PWM控制。
6.如權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述三角波產(chǎn)生裝置包括高頻三角波發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生與所述電源電壓正弦波相位同步的高頻三角波；低頻三角波發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生與所述電源電壓正弦波相位同步的低頻三角波；三角波頻率設(shè)定裝置，用于產(chǎn)生一根據(jù)所述變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值，選擇所述高頻三角波和所述低頻三角波之一的三角波設(shè)定信號；以及連接著的三角波切換裝置，它接收所述三角波設(shè)定信號、所述高頻三角波和所述低頻三角波，用于產(chǎn)生由所述三角波設(shè)定信號所選定的所述高頻三角波和所述低頻三角波之一作為所述三角波。
7.一種單相PWM變換器控制系統(tǒng)，該單相PWM變換器由多個功率開關(guān)器件組成，該P(yáng)WM變換器輸入交流單相電壓，在PWM控制之下將所述交流單相電壓變換為直流電壓，并且輸出所述直流電壓，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算裝置，用于輸入變換器直流一側(cè)電壓實際值、變換器直流一側(cè)電壓基準(zhǔn)值、變換器交流一側(cè)電流實際值、電源電壓和電源電壓正弦波相位，并用于產(chǎn)生各個相位的電壓基準(zhǔn)；三角波發(fā)生裝置，用于輸入所述電源電壓正弦波相位，并用于產(chǎn)生與所述電源電壓正弦波相位同步的恒定頻率的三角波；連接著的電壓基準(zhǔn)校正裝置，它接收所述電壓基準(zhǔn)和所述電源電壓正弦波相位，用于依據(jù)所述電源電壓正弦波相位校正所述電壓基準(zhǔn)，以產(chǎn)生作為各個相位的電壓基準(zhǔn)校正值；以及連接著的三角波比較裝置，它接收所述三角波和所述電壓基準(zhǔn)校正值，用于比較所述電壓基準(zhǔn)校正值和所述三角波，以產(chǎn)生各個相位的PWM信號；把每個所述PWM信號分別送至所述單相PWM變換器的一個所述功率開關(guān)器件，對所述單相PWM變換器進(jìn)行PWM控制。
8.一種單相PWM變換器控制系統(tǒng)，該單相PWM變換器多個功率開關(guān)器件組成，該P(yáng)WM變換器輸入交流單相電壓，在PWM控制之下將所述交流單相電壓變換為直流電壓，并且輸出所述直流電壓，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括直流線路電壓控制裝置，用于輸入所述單相PWM變換器直流一側(cè)直流線路電壓實際值和以前設(shè)定的直線線路電壓基準(zhǔn)值，用于在所述單相PWM變換器交流一側(cè)產(chǎn)生第一電流幅值，以使所述直流線路電壓實際值和所述直流線路電壓基準(zhǔn)值之間的偏差減??；連接著的變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算裝置，它接收所述第一幅值和所述交流單相電壓，用于依據(jù)所述第一幅值和所述交流單相電壓產(chǎn)生變換器電壓基準(zhǔn)，所述變換器電壓基準(zhǔn)包括所述變換器電壓基準(zhǔn)的第二幅值和所述變換器電壓基準(zhǔn)的相位，也即所述變換器電壓基準(zhǔn)和所述交流單相電壓之間的相位差；以及連接著的PWM單脈沖波形產(chǎn)生裝置，它接收所述變換器電壓基準(zhǔn)、所述直流線路電壓實際值和所述交流單相電壓正弦波相位，用于產(chǎn)生與所述變換器電壓基準(zhǔn)的所述相位同步的各個相位的PWM單脈沖波形；所述PWM單脈沖波形包括在所述交流單相電壓的半周期中每個所述PWM信號的一個脈沖；對每個所述PWM信號提供一與所述第二幅值相等的，所述PWM信號基頻成分的第三幅值；把每個所述PWM信號分別送至所述單相PWM變換器的一個所述功率開關(guān)器件，對所述單相PWM變換器進(jìn)行PWM控制。
9.一種單相PWM變換器控制系統(tǒng)，該單相PWM變換器由多個功率開關(guān)器件組成，該P(yáng)WM變換器輸入交流單相電壓，在PWM控制之下將所述交流單相電壓變換為直流電壓，并且輸出所述直流電壓，一逆變器連接于所述單相PWM變換器直流一側(cè)作為負(fù)載，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括直流線路電壓設(shè)定裝置，用于輸入所述逆變器的輸出頻率和所述交流單相電壓的第四幅值，并用于產(chǎn)生這樣一種直流線路電壓基準(zhǔn)值，當(dāng)所述輸出頻率較小時，所述直流線路電壓基準(zhǔn)值小于所述第四幅值，而當(dāng)所述輸出頻率較大時，所述直流線路電壓基準(zhǔn)值大于所述第四幅值；連接著的直流線路電壓控制裝置，它接收所述直流線路電壓基準(zhǔn)值和直流線路電壓實際值，用于在所述單相PWM變換器交流一側(cè)產(chǎn)生第一電流幅值，以使所述直流線路電壓實際值與所述直流線路電壓基準(zhǔn)值之間的偏差減??；連接著的變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算裝置，它接收所述第一幅值、所述交流單相電壓、所述交流單相電壓的正弦波相位和所述單相PWM變換器輸入一側(cè)電流的實際值，用于產(chǎn)生一變換器電壓基準(zhǔn)；連接著的三角波比較裝置，它接收所述變換器電壓基準(zhǔn)、所述直流線路電壓實際值和所述交流單相電壓的所述正弦波相位，用于比較所述變換器電壓基準(zhǔn)和具有由所述直流線路電壓實際值所確定的幅值的，與所述正弦波相位同步的恒定頻率的三角波，以產(chǎn)生各個相位的PWM信號；把每個所述PWM信號分別送至所述單相PWM變換器的一個所述功率開關(guān)器件，對所述單相PWM變換器進(jìn)行PWM控制。
10.如權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，一逆變器連接于所述單相PWM變換器的所述直流一側(cè)作為負(fù)載；所述控制系統(tǒng)還包括直流線路電壓設(shè)定裝置，用于輸入所述逆變器輸出頻率和所述交流單相電壓的第四幅值，并用于產(chǎn)生這樣一種直流線路電壓基準(zhǔn)值，當(dāng)所述輸出頻率較小時，所述直流線路電壓基準(zhǔn)值就小于所述第四幅值，而當(dāng)所述輸出頻率較大時，所述直流線路電壓基準(zhǔn)值大于所述第四幅值；并且把這樣產(chǎn)生的所述直流線路電壓基準(zhǔn)值送至所述直流線路電壓控制裝置。
11.一種單相PWM變換器控制系統(tǒng)，該單相PWM變換器由多個功率開關(guān)器件組成，該P(yáng)WM變換器輸入交流單相電壓，在PWM控制之下將所述交流單相電壓變換為直流電壓，并且輸出所述直流電壓，一逆變器連接于所述單相PWM變換器所述直流一側(cè)作為負(fù)載，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括直流線路電壓設(shè)定裝置，用于輸入所述逆變器的輸出頻率和所述交流單相電壓的第四幅值，并用于產(chǎn)生這樣一種直流線路電壓基準(zhǔn)值，當(dāng)所述輸出頻率較小時，所述直流線路電壓基準(zhǔn)值就小于所述第四幅值，而當(dāng)所述輸出頻率較大時，所述直流線路電壓基準(zhǔn)值大于所述第四幅值；連接著的直流線路電壓控制裝置，它接收所述直流線路電壓基準(zhǔn)值和直流線路電壓實際值，用于在所述單相PWM變換器所述交流一側(cè)產(chǎn)生第一電流幅值，以使所述直流線路電壓實際值和所述直流線路電壓基準(zhǔn)值之間的偏差減??；連接著的變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算裝置，它接收所述第一幅值、所述交流單相電壓和所述單相PWM變換器輸入一側(cè)電流的實際值，用于根據(jù)所述第一幅值和所述交流單相電壓產(chǎn)生一第一變換器電壓基準(zhǔn)，所述變換器電壓基準(zhǔn)包括所述變換器電壓基準(zhǔn)的第二幅值和所述變換器電壓基準(zhǔn)的相位，也即所述變換器電壓基準(zhǔn)和所述交流單相電壓之間的相位差，并用于根據(jù)所述第一幅值、所述交流單相電壓、所述交流單相電壓的所述正弦波相位和所述單相PWM變換器在所述輸入一側(cè)的所述電流的實際值，產(chǎn)生一第二變換器電壓基準(zhǔn)；以及連接著的PWM單脈沖波形生成裝置，它接收所述第一變換器電壓基準(zhǔn)，所述直流線路電壓實際值和所述交流單相電壓的所述正弦波相位，用于產(chǎn)生與所述第一變換器電壓基準(zhǔn)同步的PWM單個脈沖波形的各個相位的第一PWM信號；所述PWM單脈沖波形包括在所述交流單相電壓的半周期中每個所述第一PWM信號的一個脈沖；對每個所述第一PWM信號提供一個與所述第二幅值相等的，所述第一PWM信號基頻成分的第三幅值；連接著的三角波比較裝置，它接收所述第二變換器電壓基準(zhǔn)、所述直流線路電壓實際值和所述交流單相電壓的所述正弦波相位，用于比較所述第二變換器電壓基準(zhǔn)和具有由直流線路電壓實際值所確定的幅值的，與所述正弦波相位同步的恒定頻率的三角波，以產(chǎn)生各個相位的第二PWM信號；連接著的脈沖方式設(shè)定裝置，它接收所述逆變器輸出頻率，用于當(dāng)所述逆變器輸出頻率較低時產(chǎn)生指明所述PWM單脈沖方式的第一脈沖方式設(shè)定信號，并用于當(dāng)所述逆變器輸出頻率較高時產(chǎn)生指明三角波比較方式的第二脈沖方式設(shè)定信號；以及連接著的脈沖方式選擇裝置，它接收所述第一和第二脈沖方式設(shè)定信號和所述第一和第二PWM信號，用于當(dāng)輸入的是所述第一脈沖方式設(shè)定信號時，便產(chǎn)生所述第一PWM信號，并用于當(dāng)輸入的是所述第二脈沖設(shè)定信號時，產(chǎn)生所述第二PWM信號，以及用于將所述第一和第二PWM信號輸出作為各個相位的PWM信號；把每各個所述PWM信號分別送至所述單相PWM變換器的一個所述功率開關(guān)器件，對所述單相PWM變換器進(jìn)行PWM控制。
全文摘要
一種單相PWM變換器的控制系統(tǒng)，該變換器由多個功率開關(guān)器件組成，在PWM控制之下將交流單相電壓變換直流電壓。控制系統(tǒng)包括一變換器電壓基準(zhǔn)運(yùn)算單元，用于產(chǎn)生各個相位的電壓基準(zhǔn)；一三角波產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生這樣一種三角波，當(dāng)電源電壓正弦波相位處于變換器交流一側(cè)電流基準(zhǔn)值較小的相位時，三角波頻率較低，反之，三角波頻率較高?？刂葡到y(tǒng)還包括一三角波比較單元，用于比較電壓基準(zhǔn)和三角波，以產(chǎn)生各個相位的PWM信號對單相PWM變換器進(jìn)行PWM控制。
文檔編號H02M7/162GK1128914SQ9511560
公開日1996年8月14日 申請日期1995年8月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月24日
發(fā)明者中沢洋介 申請人:東芝株式會社