專利名稱：大功率簡(jiǎn)化型電解電鍍高頻開(kāi)關(guān)電源及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)電源及其控制方法，具體是一種大功率簡(jiǎn)化型電解電鍍高頻開(kāi)關(guān)電源及其綜合控制方法。
背景技術(shù)：
在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。在電動(dòng)汽車(chē)，變頻傳動(dòng)和電解電鍍行業(yè)中，更是離不開(kāi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源改變用電頻率，從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動(dòng)控制。傳統(tǒng)的晶間管或者二極管整流電路非常龐大而笨重，如果采用高頓開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，其體積和重量都會(huì)大幅度下降，而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本，實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。針對(duì)大型電解電鍍電源，傳統(tǒng)電鍍電解直流電源采用晶閘管相控整流模式，所以當(dāng)可控硅導(dǎo)通角小時(shí)功率因數(shù)低，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波含量大，直接導(dǎo)致配備電力變壓器、連接導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)等容量增加，一般容量大的可控硅整流器還需要增加額外的諧波治理和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，使得用戶總投資成本大大增加。本發(fā)明采用一種三相逆變器進(jìn)行高效PWM整流。利用高頻PWM調(diào)制，控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)間，來(lái)實(shí)現(xiàn)直流側(cè)調(diào)壓的目的，它的功率因數(shù)非常高，一般可以達(dá)到0. 95以上，諧波含量也小，具有控制精度高，輸出波形好，節(jié)能省電等特點(diǎn)。高頻開(kāi)關(guān)電源的DC/DC 變換側(cè)采用一種單相半橋逆變器，高頻耦合變壓器和低壓全波整流器構(gòu)成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它能將直流電逆變成高頻交流電，然后通過(guò)低壓全波整流器轉(zhuǎn)換為期望的電壓電流信號(hào)，因此它可以實(shí)現(xiàn)能量的高效傳輸，大大提高開(kāi)關(guān)電源的效率。此外，高頻開(kāi)關(guān)電源對(duì)電網(wǎng)容量要求也更小，同樣大的電源，所需的電網(wǎng)容量可以降低20-30%。因此，高頻開(kāi)關(guān)電源控制以其速度快、穩(wěn)壓/穩(wěn)流精度高、功率因素及效率高、紋波系數(shù)低，對(duì)電鍍電源質(zhì)量更有優(yōu)勢(shì)， 成為開(kāi)關(guān)電源的重要選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種開(kāi)關(guān)器件少、損耗小、效率高、響應(yīng)速度快、電壓電流畸變小的大功率簡(jiǎn)化型電解電鍍高頻開(kāi)關(guān)電源，并提供一種該高頻開(kāi)關(guān)電源的綜合控制方法，提高三相逆變器的響應(yīng)速度，實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)載功率的變化，并實(shí)現(xiàn)三相逆變器高功率因數(shù)的PWM整流，達(dá)到電能的高效利用，減小系統(tǒng)的電壓和電流畸變率，大大提高高頻開(kāi)關(guān)電源工作效率。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種大功率簡(jiǎn)化型電解電鍍高頻開(kāi)關(guān)電源，包括基于三相二臂的三相逆變器，由單相半橋逆變器，高頻耦合變壓器和低壓全波整流器串聯(lián)組成的高頻DC/DC變換器，所述基于三相二臂的三相逆變器由兩個(gè)開(kāi)關(guān)臂和直流側(cè)兩串聯(lián)電容支路并聯(lián)組成，單相半橋逆變器由一個(gè)開(kāi)關(guān)臂和直流側(cè)兩串聯(lián)電容支路并聯(lián)組成，兩者共用一組直流側(cè)電容，三相逆變器的輸入端通過(guò)三相電感L與電網(wǎng)相連，三相逆變器的輸出端與單相半橋逆變器相連。
所述的大功率簡(jiǎn)化型電解電鍍高頻開(kāi)關(guān)電源的控制方法的步驟為1)檢測(cè)直流側(cè)電壓Ude與給定值Uref相減后，通過(guò)PI控制器調(diào)節(jié)后輸出一個(gè)調(diào)壓指令信號(hào)I。ut ；2)檢測(cè)直流側(cè)負(fù)載功率PD，根據(jù)能量平衡原理計(jì)算出三相側(cè)的相電流幅值，即為前饋指令信號(hào)Is Is = 2Pd/ 3U其中，U為三相側(cè)的相電壓幅值；3)將前饋指令信號(hào)Is與調(diào)壓指令信號(hào)I。ut疊加，然后分別乘以各相的同步信號(hào)， 求得基于三相二臂的三相逆變器的兩相開(kāi)關(guān)臂電流參考信號(hào)為
權(quán)利要求
1.一種大功率簡(jiǎn)化型電解電鍍高頻開(kāi)關(guān)電源，包括基于三相二臂的三相逆變器，由單相半橋逆變器，高頻耦合變壓器和低壓全波整流器串聯(lián)組成的高頻DC/DC變換器，其特征在于，所述基于三相二臂的三相逆變器由兩個(gè)開(kāi)關(guān)臂和直流側(cè)兩串聯(lián)電容支路并聯(lián)組成， 單相半橋逆變器由一個(gè)開(kāi)關(guān)臂和直流側(cè)兩串聯(lián)電容支路并聯(lián)組成，兩者共用一組直流側(cè)電容，三相逆變器的輸入端通過(guò)三相電感L與電網(wǎng)相連，三相逆變器的輸出端與單相半橋逆變器相連。
2.—種權(quán)利要求1所述的大功率簡(jiǎn)化型電解電鍍高頻開(kāi)關(guān)電源的控制方法，其特征在于，該方法的步驟為1)檢測(cè)直流側(cè)電壓ud。與給定值Uref相減后，通過(guò)PI控制器調(diào)節(jié)后輸出一個(gè)調(diào)壓指令信號(hào)Iout ；2)檢測(cè)直流側(cè)負(fù)載功率PD，根據(jù)能量平衡原理計(jì)算出三相側(cè)的相電流幅值，即為前饋指令信號(hào)Is
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大功率簡(jiǎn)化型電解電鍍高頻開(kāi)關(guān)電源的控制方法，其特征在于，對(duì)所述高頻DC/DC變換器采用的電流電壓雙環(huán)控制方法包括以下步驟1)檢測(cè)負(fù)載直流側(cè)電流i。，檢測(cè)結(jié)果與給定值L相減，經(jīng)過(guò)PI控制器和限幅環(huán)節(jié)，得到直流電流外環(huán)控制輸出2)檢測(cè)負(fù)載直流側(cè)電壓V。 ，檢測(cè)結(jié)果與給定值Γ:相減，經(jīng)過(guò)PI控制器和限幅環(huán)節(jié)，得到電壓內(nèi)環(huán)控制輸出，即為半橋逆變器的占空比信號(hào)d。；3)通過(guò)高頻PWM調(diào)制，得到單相半橋逆變器開(kāi)關(guān)器件的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管得到期望的輸出電壓電流信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種大功率簡(jiǎn)化型電解電鍍高頻開(kāi)關(guān)電源及其控制方法，大功率簡(jiǎn)化型電解電鍍高頻開(kāi)關(guān)電源包括基于三相二臂的三相逆變器，由單相半橋逆變器、高頻耦合變壓器和低壓全波整流器串聯(lián)組成的高頻DC/DC變換器，基于三相二臂的三相逆變器由兩個(gè)開(kāi)關(guān)臂和直流側(cè)兩串聯(lián)電容支路并聯(lián)組成，單相半橋逆變器由一個(gè)開(kāi)關(guān)臂和直流側(cè)兩串聯(lián)電容支路并聯(lián)組成，兩者共用一組直流側(cè)電容，三相逆變器的輸入端通過(guò)三相電感L與電網(wǎng)相連，三相逆變器的輸出端與單相半橋逆變器相連，該開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)器件少、損耗小、效率高、直流電流紋波小，響應(yīng)速度快、電壓電流畸變小。本發(fā)明的方法提高了三相逆變器的響應(yīng)速度，實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)載功率的變化。
文檔編號(hào)H02M7/12GK102223090SQ20111016365
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者劉蕓, 張寅 , 王剛, 王曉, 羅安, 謝寧, 馬伏軍 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)