一種高功率因數(shù)三相整流電路及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子交流技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高功率因數(shù)是三相整流電路，屬于電力電子交流技術(shù)領(lǐng)域，能用于對(duì)電網(wǎng)中的感性電力負(fù)荷如變壓器、電動(dòng)機(jī)、日光及電弧爐等設(shè)備進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)娜嗾麟娐芳捌淇刂品椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002]目前無功補(bǔ)償可以分為高壓無功補(bǔ)償和低壓無功補(bǔ)償。高壓處裝無功補(bǔ)償裝置一是價(jià)位高，二是補(bǔ)償效果不明顯。低壓無功補(bǔ)償?shù)姆绞娇煞譃榧醒a(bǔ)償和就地補(bǔ)償。無功補(bǔ)償?shù)难b置可分為靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)加動(dòng)態(tài)。低壓無功自動(dòng)補(bǔ)償成套裝置利用控制器跟蹤系統(tǒng)無功負(fù)荷的變化，選功率因數(shù)或無功功率作為判據(jù)，使系統(tǒng)的功率因數(shù)保持為最佳狀態(tài)，但其通過投切電容器等實(shí)現(xiàn)的無功補(bǔ)償，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制與跟蹤，且只能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的最優(yōu)化，而無法實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為I的精確調(diào)整。目前廣泛使用的功率因數(shù)調(diào)節(jié)技術(shù)是通過晶閘管投切電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，但投切電容器移植性較差，對(duì)不同的負(fù)載需要不同電容值的電容器，另外投切電容器必須并聯(lián)在交流電源中，所以電容器需要較高的耐壓值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于以上背景，為了克服現(xiàn)有的不足，提供了一種高功率因數(shù)的三相整流電路。本發(fā)明不僅解決了電容耐壓的問題，對(duì)不同的負(fù)載只需改變控制程序就能夠很好的實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)調(diào)節(jié)。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
一種高功率因數(shù)三相整流電路，其包括主電路、采樣電路、輔助電源模塊、單片機(jī)控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊；主電路的輸入是星形連接的三相交流電Ua、Ub、Uc，其中性點(diǎn)為N ;輔助電源模塊的輸出端分別與單片機(jī)控制模塊和驅(qū)動(dòng)電路模塊的電源輸入端連接；采樣電路中的第一電壓傳感器米樣輸入相電壓U3n，第二電壓傳感器米樣輸入相電壓Um，第三電壓傳感器米樣輸出電壓Ud。;主電路中的第一電流傳感器米樣輸入相電流Ia，第二電流傳感器米樣輸入相電流Ic ;驅(qū)動(dòng)模塊的輸入接單片機(jī)控制模塊的控制信號(hào)輸出端，驅(qū)動(dòng)模塊輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)接主電路中的開關(guān)管門極。
[0005]進(jìn)一步地，所述主電路包括三相不可控的整流電路即第一整流橋、第一雙向開關(guān)電路、第二雙向開關(guān)電路、第三雙向開關(guān)電路、第四電容、第五電容、第一電感；三相電輸出端接第一整流橋；第四電容、第五電容串聯(lián)后，再并聯(lián)在第一整流橋的輸出端，第一電感并聯(lián)在第一整流橋的輸出端；三相電a相的輸出端接第一雙向開關(guān)電路的輸入端，三相電b相的輸出端接第二雙向開關(guān)電路的輸入端，三相電c相的輸出端接第三雙向開關(guān)電路的輸入端，第一雙向開關(guān)電路第二雙向開關(guān)電路第三雙向開關(guān)電路的輸出端接于一點(diǎn)并連接到第四電容、第五電容串聯(lián)的連接點(diǎn)；
所述第一雙向開關(guān)電路包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第一二極管、第二二極管、第一電容，第二雙向開關(guān)電路包括第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第三二極管、第四二極管、第二電容，第三雙向開關(guān)電路包括第五開關(guān)管、第六開關(guān)管、第五二極管、第六二極管、第三電容；第一二極管反并聯(lián)在第一開關(guān)管上，第二二極管反并聯(lián)在第二開關(guān)管上，第一開關(guān)管的漏極接第一電容的正極，第二開關(guān)管的漏極接第一電容的負(fù)極，第一開關(guān)管的源極接第二開關(guān)管的源極；第三二極管反并聯(lián)在第三開關(guān)管上，第四二極管反并聯(lián)在第四開關(guān)管上，第三開關(guān)管的漏極接第二電容的正極，第四開關(guān)管的漏極接第二電容的負(fù)極，第三開關(guān)管的源極接第四開關(guān)管的源極；第五二極管反并聯(lián)在第五開關(guān)管上，第六二極管反并聯(lián)在第六開關(guān)管上，第五開關(guān)管的漏極接第三電容的正極，第六開關(guān)管的漏極接第三電容的負(fù)極，第五開關(guān)管的源極接第六開關(guān)管的源極。
[0006]進(jìn)一步地，所述采樣電路包括第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器、第一電流傳感器和第二電流傳感器；第一電壓傳感器的輸入和三相電源a相并聯(lián)，第一電壓傳感器的輸出接單片機(jī)控制模塊的相電壓U3n采樣輸入端，第二電壓傳感器的輸入和三相電源b相并聯(lián)，第二電壓傳感器的輸出接單片機(jī)控制模塊的相電壓UbN采樣輸入端，第三電壓傳感器的輸入和第一電感并聯(lián)，第三電壓傳感器的輸出接單片機(jī)控制模塊的輸出電壓Ude米樣輸入端；第一電流傳感器的輸入和三相電a相的輸出串聯(lián)，第一電流傳感器的輸出接單片機(jī)控制模塊的相電流Ia采樣輸入端，第二電流傳感器的輸入和三相電c相的輸出串聯(lián)，第一電流傳感器的輸出接單片機(jī)控制模塊的相電流Ic采樣輸入端。
[0007]進(jìn)一步地，所述輔助電源模塊包括第二整流橋，第六電容、第七電容、第八電容，第一電阻、第二電阻、用于輸出15V直流電壓的第一穩(wěn)壓芯片TL783和用于輸出5V直流電壓的第二穩(wěn)壓芯片7805 ;第二整流橋上下兩端分別接輸入電源的兩端，另外兩端分別與第六電容兩端連接；第六電容的正極端接第一穩(wěn)壓芯片TL783的輸入端，第一穩(wěn)壓芯片TL783的輸出端接第二穩(wěn)壓芯片7805的輸入端，第二穩(wěn)壓芯片7805的輸出端與單片機(jī)模塊和驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連接；第一穩(wěn)壓芯片TL783的接地端與第二電阻一端連接，第二電阻的另一端接地；第一電阻的一端與第二電阻的一端連接，另一端接第一穩(wěn)壓芯片TL783的輸出端；第七電容的一端接第二穩(wěn)壓芯片7805的輸入端，另一端接地；第八電容的正極端接第二穩(wěn)壓芯片7805的輸出端，負(fù)極端接地。
[0008]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)模塊包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)判斷電路，每個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)判斷電路均各自獨(dú)立包括第三電阻、第五電阻、第九電容、第十一電容、第一非門、第一與門、第二與門、第一驅(qū)動(dòng)隔離電路、第二驅(qū)動(dòng)隔離電路；單片機(jī)控制模塊輸出的控制信號(hào)連接到第一非門的輸入、第五電阻的一端、第一與門的一個(gè)輸入端、第二與門的一個(gè)輸入端；第一非門的輸出接第三電阻的一端，第三電阻的另一端接第一與門的另一輸入端和第九電容的一端，第九電容的另一端接地；第五電阻的另一端接第二與門的另一輸入端和第十一電容的一端，第^ 電容的另一端接地；第一與門和第二與門的輸出分別接第一驅(qū)動(dòng)隔離電路、第二驅(qū)動(dòng)隔離電路。
[0009]進(jìn)一步地，每個(gè)驅(qū)動(dòng)隔離電路均各自獨(dú)立包括第一三極管、第二三極管、第十電容、第一變壓器、第四電阻；第一三極管的基極和第二三極管的基極相連后連接第一與門的輸出，其他驅(qū)動(dòng)隔離電路的構(gòu)成一樣，分別連接第二~第六與門的輸出；第一三極管的發(fā)射極和第二三極管的發(fā)射極相連后與第十電容的一端相連，第一三極管的集電極接輔助電源模塊中第一穩(wěn)壓芯片TL783的輸出，第二三極管的集電極與第一變壓器的一個(gè)輸入端相連后接地，第十電容的另一端接第一變壓器的另一輸入端；第一變壓器的一個(gè)輸出端與第四電阻的一端相連，另一端接主電路開關(guān)管的源極，第四電阻的另一端接主電路開關(guān)管的門極；各個(gè)驅(qū)動(dòng)隔離電路之間相互獨(dú)立，無連接關(guān)系。
[0010]所述高功率因數(shù)三相整流電路的工作方法:單片機(jī)控制模塊的單片機(jī)控制電路接收主電路采樣得到的輸入電源電壓和輸入電流，然后分別計(jì)算輸入電壓和輸入電流的過零點(diǎn)時(shí)刻，將輸入電壓的過零點(diǎn)時(shí)刻減去輸入電流的過零點(diǎn)時(shí)刻，若兩者差值為正，則減小雙向開關(guān)電路的移相角，若兩者差值為負(fù)，則增大雙向開關(guān)電路的移相角，通過負(fù)反饋使輸入電壓和輸入電流的過零點(diǎn)時(shí)刻相同，即功率因數(shù)為I。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果:本發(fā)明調(diào)整功率因數(shù)的第一電容、第二電容、第三電容是串連接在負(fù)載與輸入電源中的，解決了電容耐壓的問題。單片機(jī)控制模塊接收電壓傳感器和電流傳感器的信號(hào)，從而選擇開關(guān)管的開通關(guān)斷的時(shí)刻，從而選擇電容接入