一種z源三電平pwm整流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種Z源三電平PWM整流器。
【背景技術(shù)】
[0002] 與傳統(tǒng)的不控整流和相控整流相比，PWM整流器實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)電流的正弦化，且可以 運(yùn)行于單位功率因數(shù)，因此具有功率因數(shù)高，輸出電壓紋波小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)。PWM整流 器分為電壓型整流器（VSR)和電流型整流器（CSR)兩種，其中電壓型整流器具有電能雙向 傳輸，功率因數(shù)校正，減小輸入諧波等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較為廣泛。電流型整流器雖然具有電路保 護(hù)和較快電流響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，但是其交流側(cè)電容和直流側(cè)電感龐大的體積需要限制了它的應(yīng) 用。普通的電壓型整流器只具備升壓整流的功能，在直流側(cè)輸出電壓小于交流側(cè)輸入電壓 的場(chǎng)合，需要加入DC/DC升壓模塊，增加了成本和設(shè)計(jì)難度。此外直通狀態(tài)帶來(lái)的電磁干擾 會(huì)對(duì)其造成損害，降低它的抗干擾能力和運(yùn)行穩(wěn)定性。
[0003] 為了改善傳統(tǒng)電壓型整流器的不足，有人提出了一種Z源兩電平PWM整流器。該 整流器克服了電壓型PWM整流器不能降壓的缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)升降壓的功能，從而將兩級(jí)式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為一級(jí)式結(jié)構(gòu)。并且該結(jié)構(gòu)允許每個(gè)橋臂的兩個(gè)管子同時(shí)導(dǎo)通，提高了系統(tǒng)的安 全性。
[0004] 兩電平PWM整流器的不足之處在于當(dāng)其應(yīng)用于高壓大功率的場(chǎng)合時(shí)，需使用高反 壓的功率開(kāi)關(guān)管，或?qū)⒍鄠€(gè)功率開(kāi)關(guān)管串聯(lián)使用。此外由于該結(jié)構(gòu)整流器交流側(cè)輸出電壓 總在兩電平上切換，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率不高時(shí)，將導(dǎo)致諧波含量相對(duì)較大。較之兩電平，三電平整 流器在提高耐壓等級(jí)的同時(shí)，有效的降低了交流諧波電壓和電流，在相同的開(kāi)關(guān)頻率和控 制方式下能顯著改善其網(wǎng)側(cè)波形質(zhì)量，減小畸變。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提出了一種Z源三電平PWM整流器，該 結(jié)構(gòu)在三電平整流器和負(fù)載之間加入了 Z源網(wǎng)絡(luò)，并在Z源右側(cè)加入開(kāi)關(guān)管Swi和S W2對(duì)直 流側(cè)回路進(jìn)行控制。使用該控制方法的Z源三電平整流器，能夠輸出小于輸入電壓幅值的 直流電壓，并且允許主電路每一路開(kāi)關(guān)管直通，提高整流器的抗干擾能力。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種Z源三電平PWM整流器，其特征是，包括并聯(lián)的三相橋臂，每相橋臂包括四個(gè) 串聯(lián)的開(kāi)關(guān)管，各相橋臂的中點(diǎn)經(jīng)電感與電網(wǎng)或交流源相連作為該整流器的輸入源；并聯(lián) 的各橋臂輸出端與Z源網(wǎng)絡(luò)的輸入端相連；Z源網(wǎng)絡(luò)的輸出端上下分別串接開(kāi)關(guān)管S wi和 Sw2;其后輸出端與電容C i和電容C2的串聯(lián)支路并聯(lián)連接，電容C i和電容C2的串聯(lián)支路與 直流負(fù)載連接；
[0008] 通過(guò)控制電路控制整流器三相橋臂的開(kāi)關(guān)管以及Z源網(wǎng)絡(luò)右側(cè)的開(kāi)關(guān)管Swi和S W2 的導(dǎo)通與關(guān)斷，使Z源三電平PWM整流器分別運(yùn)行于非直通、全直通、上直通和下直通四種 運(yùn)行模式。
[0009] 所述三相橋臂中，分別在每一相橋臂中的第一開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管之間串接一對(duì) 二極管，同時(shí)二極管的中點(diǎn)與電容C 1和電容C 2串聯(lián)支路的中點(diǎn)相連。
[0010] 所述Z源網(wǎng)絡(luò)由接成類X型的兩個(gè)電容和兩個(gè)電感構(gòu)成，該網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)對(duì)稱結(jié)構(gòu)， 兩電容電容值相同，兩電感電感量相同，所述Z源網(wǎng)絡(luò)左側(cè)連接整流器的輸出端、右側(cè)輸出 作為直流負(fù)載的輸入端。
[0011] 所述開(kāi)關(guān)管Swi和Sw2都是由IGBT和二極管反并聯(lián)組合而成；開(kāi)關(guān)管S wi和Sw2的 開(kāi)斷取決于整流器運(yùn)行于何種模式下：
[0012] 當(dāng)整流器處于非直通模式時(shí)，開(kāi)關(guān)管Swi和Sw2的IGBT都接收開(kāi)通信號(hào)；當(dāng)整流器 處于全直通模式時(shí)，開(kāi)關(guān)管S wi和Sw2的IGBT都接收關(guān)斷信號(hào)；當(dāng)整流器處于上直通模式時(shí)， 開(kāi)關(guān)管Swi的IGBT接收開(kāi)通信號(hào)，開(kāi)關(guān)管S W2的IGBT接收關(guān)斷信號(hào)；當(dāng)整流器處于下直通 狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)管Swi的IGBT接收關(guān)斷信號(hào)，開(kāi)關(guān)管S W2的IGBT接收開(kāi)通信號(hào)。
[0013] 所述控制電路包括保護(hù)電路、驅(qū)動(dòng)電路、采樣調(diào)理電路以及DSP模塊，采樣調(diào)理電 路連接DSP模塊，DSP模塊與保護(hù)電路雙向通信，DSP模塊連接驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路輸出PWM 信號(hào)驅(qū)動(dòng)橋臂中IGBT管的開(kāi)通與關(guān)斷。
[0014] 所述采樣調(diào)理電路采集輸入三相交流電壓以及三相電流的幅值及相位、Z源網(wǎng)絡(luò) 電容電壓以及直流側(cè)輸出的電壓值大小。
[0015] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0016] 1、相對(duì)于三電平整流器而言，Z源三電平整流器不僅可以實(shí)現(xiàn)降壓輸出，而且由于 直通不會(huì)引起功率器件的損壞，可靠性明顯增加，消除死區(qū)時(shí)間，防止波形畸變；
[0017] 2、Z源兩電平PWM整流器雖然能夠?qū)崿F(xiàn)降壓整流和橋臂直通保護(hù)，但是當(dāng)其應(yīng)用 于大功率的場(chǎng)合時(shí)，需使用高反壓的功率開(kāi)關(guān)管或?qū)⒍鄠€(gè)功率開(kāi)關(guān)管串聯(lián)使用；此外該結(jié) 構(gòu)整流器交流側(cè)輸出電壓在兩電平上切換，開(kāi)關(guān)頻率不高時(shí)，將導(dǎo)致諧波含量相對(duì)較大。而 Z源三電平整流器能夠在提高耐壓等級(jí)的同時(shí)，有效地降低交流諧波電壓和電流，在相同的 開(kāi)關(guān)頻率和控制方式下改善其網(wǎng)側(cè)波形的質(zhì)量，減小畸變。
[0018] 3、本實(shí)用新型Z源三電平PWM整流器具有高功率、波形質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，在光伏發(fā)電 系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池等可再生能源領(lǐng)域前景廣泛。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖2(a)為Z源三電平PWM整流器全直通模式下的電流電路圖；
[0021] 圖2(b)為Z源三電平PWM整流器上直通模式下的電流電路圖；
[0022] 圖2 (c)為Z源三電平PWM整流器下直通模式下的電流電路圖；
[0023] 圖3為Z源三電平PWM整流器的等效電流電路圖；
[0024] 圖4(a)為Z源三電平PWM整流器的非直通簡(jiǎn)化等效電路圖；
[0025] 圖4(b)為Z源三電平PWM整流器的全直通狀態(tài)的簡(jiǎn)化等效電路圖；
[0026] 圖4(c)為Z源三電平PWM整流器的上直通狀態(tài)的簡(jiǎn)化等效電路圖；
[0027] 圖4(d)為Z源三電平PWM整流器的下直通狀態(tài)的簡(jiǎn)化等效電路圖；
[0028] 圖5(a)為載波反相加直通的調(diào)制方法；
[0029] 圖5(b)為載波同相加直通的調(diào)制方法；
[0030] 圖6為Z源三電平PWM整流器控制框圖；
[0031] 圖7(a)為使用載波同相調(diào)制方法不加直通的Z源電容電壓波形和直流側(cè)負(fù)載波 形；
[0032] 圖7(b)為使用載波同相調(diào)制方法不加直通的網(wǎng)偵U電壓和三相電流波形；
[0033] 圖7(c)為使用載波同相調(diào)制方法不加直通的交流偵J線電壓