一種三相-單相交流變換器控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交流變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種三相-單相交流變換器控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 三相-單相變換器可為單相用電設(shè)備提供單相交流電，也可將其應(yīng)用在開關(guān)電源 中，將三相工頻交流電變換為單相高頻交流電，用于高頻感應(yīng)加熱等領(lǐng)域。三相-單相變換 器可分為交-直-交變換器和交-交變換器兩種形式。交-直-交變換器根據(jù)儲能元件的 不同可以分為電壓型和電流型兩種。電流型交-直-交變換器拓?fù)渲袨V波電感值比較大， 影響變換器的體積和重量。電壓型變換器的電解電容存在使用可靠性的問題，影響了變換 器的使用壽命和穩(wěn)定性。
[0003] 傳統(tǒng)的交-交變換器(周波變換器）與交-直-交變換器相比，沒有中間直流儲能 環(huán)節(jié)、具有可以實現(xiàn)四象限運行的優(yōu)點，但是其存在的缺點是：輸出電壓的頻率必須比輸入 交流電源頻率低很多，一般要求輸出電源的頻率至少低于輸入電源頻率的1/3,否則輸出電 壓波形很差。
[0004] 矩陣變換器是上個世紀(jì)70年代末提出的一種變換器，可以實現(xiàn)相的交-交變 換（m、n可以為任意值），并且可以得到很好的輸入輸出特性，目前研宄較多的有三相-三 相、單相-三相、三相-單相等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中三相-單相矩陣變換器主要適用于獨立發(fā)電 系統(tǒng)、感應(yīng)加熱以及其它需要單相供電的場合，如清華大學(xué)提出的將三相-單相矩陣變換 器用于電氣軌道輔機系統(tǒng)，將三相交流電變換為高品質(zhì)的單相交流電，為乘客的一些單相 用電設(shè)備提供高品質(zhì)的單相交流電。
[0005]然而，三相-單相矩陣變換器通常是由整流級（AC-DC)和逆變級（DC-AC)組成的兩 級變換結(jié)構(gòu)，整流級和逆變器均由雙向開關(guān)管構(gòu)成，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。同時，為了滿足電 磁兼容性（EMC)的要求以及濾除電網(wǎng)中高頻電壓成分，在電源和開關(guān)矩陣間通常接有濾波 器。濾波器的存在增加了三相_單相變換系統(tǒng)的體積和成本。為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和良 好的動態(tài)性能，需要對輸入濾波器進行嚴(yán)格的設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種三相-單相交流變換器控制方法，其能夠 在單相側(cè)獲得高品質(zhì)的單相交流電壓輸出。
[0007] 其技術(shù)方案是這樣的：一種三相-單相交流變換器控制方法，其特征在于，將三相 變壓器副邊的三相繞組兩端分別連接逆變器INVl和逆變器INV2,在逆變器INVl的直流側(cè) 連接電容Cl，在逆變器INV2的直流側(cè)連接電容C2,在三相變壓器副邊的三相繞組處設(shè)置電 流傳感器，在電容C1、電容C2處分別設(shè)置電壓傳感器，將電流傳感器采集到的三相變壓器 副邊的三相繞組的三相電流i a、ib、i。和電容C1、電容C2上的電壓化和y2d輸入到控制器 進行計算得到驅(qū)動信號用以分別驅(qū)動逆變器INVl和逆變器INV2。
[0008] 其進一步特征在于，控制器的處理計算包括以下步驟： (1) 采集逆變器INVl和逆變器INV2直流側(cè)的電容電壓化和y2d，計算得到直流側(cè)電容 電壓的直流偏置量" d(l和單相負(fù)載側(cè)的輸出電壓叫，采集開繞組三相變壓器副邊的三相電 流ia、ib、i。，利用鎖相環(huán)計算電流的相位角〃，經(jīng)過Park變換器和Clark變換器得到副邊 繞組的d軸和q軸電流實際值i d和以及零序電流值iQ; (2) 計算直流側(cè)電容電壓直流偏置量yd(l與給定值yd(；的差值，將其輸入到PI調(diào)節(jié)器， 得到q軸電流的給定值 計算實際的單相負(fù)載側(cè)的輸出電壓A與給定輸出電壓值 <的 差值，將其輸入到PR調(diào)節(jié)器后得到零序電流的給定值V; (3) 計算d軸電流給定值i/ (為0)和d軸電流實際值id的差值，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后得 到d軸電壓的給定值 計算q軸電流給定值和q軸電流實際值的差值，經(jīng)過PI調(diào) 節(jié)器后得到q軸電壓的給定值<;計算零序電流給定值和零序電流實際值石的差值， 經(jīng)過PR調(diào)節(jié)器后得到零序電壓的給定值 (4) 由步驟（3)中的d軸、q軸和零序電流的給定值 <、<、<經(jīng)過Clark逆變換器和 PARK逆變換器得到三相電壓的給定值； (5) 將三相電壓給定值f、<、f經(jīng)過分配得到開繞組變壓器副邊繞組兩端的三相電 壓給定值&#和并分別通過SPWM模塊得到兩組驅(qū)動信號用以分別 驅(qū)動逆變器INVl和INV2。
[0009] 其更進一步特征在于，三相電壓給定值<、<、f分配采用以下公式實現(xiàn)：
上述公式中，G為三相變壓器副邊的三相繞組兩端相對于母線負(fù)端的電壓偏置值； 其進一步特征在于，所述的三相變壓器將普通三相變壓器副邊的星型連接或三角形連 接的繞組解構(gòu)成三相獨立的繞組，而不改變繞組本來的匝數(shù)。
[0010] 采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)后，通過在三相變壓器副邊的三相繞組兩端分別配置逆變器， 控制兩個逆變器直流側(cè)的電容為帶有直流偏置的相位互差180°的交流量，從而在單相側(cè) 獲得高品質(zhì)的單相交流電壓輸出，無需傳統(tǒng)三相-單相的兩級能量變換，且輸出單相交流 電壓的幅值和頻率可以靈活調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0011] 圖1本發(fā)明電路原理圖； 圖2本發(fā)明控制器中計算過程框圖； 圖3本發(fā)明提供的電容電壓和單相交流輸出電壓理論輸出示意圖。
【具體實施方式】
[0012] 如圖1所示，一種三相-單相交流變換器控制方法，其特征在于，將三相變壓器副 邊的三相繞組兩端分別連接逆變器INVl和逆變器INV2,在逆變器INVl的直流側(cè)連接電容 C1，在逆變器INV2的直流側(cè)連接電容C2,在三相變壓器副邊的三相繞組處設(shè)置電流傳感 器，在電容C1、電容C2處分別設(shè)置電壓傳感器，將電流傳感器采集到的三相變壓器副邊的 三相繞組的三相電流ia、i b、i。和電容C1、電容C2上的電壓《1(1和y2d輸入到控制器進行計 算得到驅(qū)動信號用以分別驅(qū)動逆變器INVl和逆變器INV2控制單相側(cè)的輸出為正弦交流電 壓。
[0013] 下面結(jié)合附圖2對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細(xì)說明： (1) 采集逆變器INVl和逆變器INV2直流側(cè)的電容電壓化和y2d，計算得到直流側(cè)電容
器副邊的三相電流ia、ib、i。，利用鎖相環(huán)計算電流的相位角〃，經(jīng)過Park變換器和Clark 變換器得到副邊繞組的d軸和q軸電流實際值id和以及零序電流值為，
(2) 計算直流側(cè)電容電壓直流偏置量yd(l與給定值yd(；的差值，將其輸入到PI調(diào)節(jié)器， 得到q軸電流的給定值 計算實際的單相負(fù)載側(cè)的輸出電壓A與給定輸出電壓值 <的 差值，將其輸入到PR調(diào)節(jié)器后得到零序電流的給定值V; (3) 計算d軸電流給定值i/ (為0)和d軸電流實際值id的差值，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后得 到d軸電壓的給定值 計算q軸電流給定值和q軸電流實際值的差值，經(jīng)過PI調(diào) 節(jié)器后得到q軸電壓的給定值<;計算零序電流給定值和零序電流實際值石的差值， 經(jīng)過PR調(diào)節(jié)器后得到零序電壓的給定值 (4) 由步驟（3)中的d軸、q軸和零序電流的給定值 <、<、<經(jīng)過Clark逆變換器和 PARK逆變換器得到三相電壓的給定值，

G為三相變壓器副邊的三相繞組兩端相對于母線負(fù)端的電壓偏置值)，并分別通過SPWM模 塊得到兩組驅(qū)動信號用以分別驅(qū)動逆變器INVl和INV2。
[0014] 逆變器INVl和逆變器INV2直流側(cè)電容電壓原來應(yīng)該為直流量，而上述控制方 法將逆變器INVl和逆變器INV2直流側(cè)的電容電壓控制成帶有直流電壓偏置的相位互差 180°的正弦交流量，從而可以在單相交流側(cè)獲得單相交流輸出電壓。
[0015] 本發(fā)明中三相變壓器是將普通三相變壓器副邊的星型連接或三角形連接的繞組 解構(gòu)成三相獨立的繞組，而不改變繞組本來的匝數(shù)，從而可以在繞組兩端分別配置變換器。
[0016] 圖3是電容電壓和單相交流輸出電壓理論輸出示意圖。
【主權(quán)項】
1. 一種三相-單相交流變換器控制方法，其特征在于，將三相變壓器副邊的三相繞組 兩端分別連接逆變器INV1和逆變器INV2,在逆變器INV1的直流側(cè)連接電容C1，在逆變器 INV2的直流側(cè)連接電容C2,在三相變壓器副邊的三相繞組處設(shè)置電流傳感器，在電容C1、 電容C2處分別設(shè)置電壓傳感器，將電流傳感器采集到的三相變壓器副邊的三相繞組的三 相電流4、4、尤和電容(：1、電容02上的電壓《 1(1和《2(1輸入到控制器進行計算得到驅(qū)動信 號用以分別驅(qū)動逆變器INV1和逆變器INV2。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相-單相交流變換器控制方法，其特征在于，控制器的 處理計算包括以下步驟： (1) 采集逆變器INV1和逆變器INV2直流側(cè)的電容電壓yld和y2d，計算得到直流側(cè)電容 電壓的直流偏置量"d(l和單相負(fù)載側(cè)的輸出電壓叫，采集開繞組三相變壓器副邊的三相電 流ia、ib、i。，利用鎖相環(huán)計算電流的相位角〃，經(jīng)過Park變換器和Clark變換器得到副邊 繞組的d軸和q軸電流實際值id和&以及零序電流值iQ; (2) 計算直流側(cè)電容電壓直流偏置量yd(l與給定值yd(；的差值，將其輸入到PI調(diào)節(jié)器， 得到q軸電流的給定值iq%計算實際的單相負(fù)載側(cè)的輸出電壓A與給定輸出電壓值 <的 差值，將其輸入到PR調(diào)節(jié)器后得到零序電流的給定值V; (3) 計算d軸電流給定值i/ (為0)和d軸電流實際值id的差值，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器后得 到d軸電壓的給定值 計算q軸電流給定值和q軸電流實際值&的差值，經(jīng)過PI調(diào) 節(jié)器后得到q軸電壓的給定值 計算零序電流給定值和零序電流實際值石的差值， 經(jīng)過PR調(diào)節(jié)器后得到零序電壓的給定值 (4) 由步驟（3)中的d軸、q軸和零序電流的給定值 <、<、<經(jīng)過Clark逆變換器和 PARK逆變換器得到三相電壓的給定值； (5) 將三相電壓給定值f、<、f經(jīng)過分配得到開繞組變壓器副邊繞組兩端的三相電 壓給定值和&' 4/、并分別通過SPWM模塊得到兩組驅(qū)動信號用以分別 驅(qū)動逆變器INV1和INV2。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三相-單相交流變換器控制方法，其特征在于，三相電壓 給定值f、<、f分配采用以下公式實現(xiàn)：上述公式中，G為三相變壓器副邊的三相繞組兩端相對于母線負(fù)端的電壓偏置值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相-單相交流變換器控制方法，其特征在于，所述的三 相變壓器將普通三相變壓器副邊的星型連接或三角形連接的繞組解構(gòu)成三相獨立的繞組， 而不改變繞組本來的匝數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及交流變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種三相-單相交流變換器控制方法，其將三相變壓器副邊的三相繞組兩端分別連接逆變器INV1和逆變器INV2，在逆變器INV1的直流側(cè)連接電容C1，在逆變器INV2的直流側(cè)連接電容C2，在三相變壓器副邊的三相繞組處設(shè)置電流傳感器，在電容C1、電容C2處分別設(shè)置電壓傳感器，將電流傳感器采集到的三相變壓器副邊的三相繞組的三相電流ia、ib、ic和電容C1、電容C2上的電壓u1d和u2d輸入到控制器進行計算得到驅(qū)動信號用以分別驅(qū)動逆變器INV1和逆變器INV2，能夠在單相側(cè)獲得高品質(zhì)的單相交流電壓輸出。
【IPC分類】H02M5/458, H02M7/5387
【公開號】CN104993712
【申請?zhí)枴緾N201510380196
【發(fā)明人】何健, 魏佳丹, 周勇
【申請人】江蘇元凱電氣科技有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月2日