單相四象限整流器的脈沖控制方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號(hào)控制技術(shù)，尤其涉及一種單相四象限整流器的脈沖控制方法、裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國(guó)的鐵路系統(tǒng)中大部分采用的是單相25KV供電機(jī)制，通過(guò)接觸網(wǎng)向機(jī)車(chē)供電，經(jīng)鋼軌回流。由于25KV電壓過(guò)高，并且只有單相，無(wú)法直接用于電機(jī)控制，所以在機(jī)車(chē)上會(huì)有一個(gè)整流裝置，由于該整流裝置是單相的，能工作于四個(gè)象限，能量能雙向流動(dòng)，即能夠進(jìn)行能量回饋，所以該整流裝置簡(jiǎn)稱單相四象限整流器。單相25KV經(jīng)過(guò)變壓器再經(jīng)過(guò)單相四象限整流器，會(huì)得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，該直流電壓稱為中間電壓，牽引逆變器和輔助逆變器再將這個(gè)穩(wěn)定的中間電壓逆變成各自需要的交流電壓。
[0003]圖1為現(xiàn)有的單相四象限整流器的脈沖控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，單相四象限整流器10包括:第一橋臂11和第二橋臂12，其中，第一橋臂11包括第一絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,簡(jiǎn)稱 IGBT) 13 和第二 IGBT14,第二橋臂12包括第三IGBT15和第四IGBT16。控制裝置17將4路脈沖寬度調(diào)制(Pulse WidthModulat1n,簡(jiǎn)稱PWM)信號(hào)分別輸入至第一 IGBT13、第二 IGBT14、第三IGBT15和第四IGBT16的門(mén)極，并根據(jù)脈沖周期t控制4路PWM信號(hào)的電壓(高電平或低電平)，使得4個(gè)IGBT周期性導(dǎo)通，其中，輸入至第一 IGBT13和第二 IGBT14的2個(gè)PWM信號(hào)互補(bǔ)(即任一時(shí)刻，2個(gè)PWM信號(hào)中一個(gè)為高電平而另一個(gè)為低電平)，輸入至第三IGBT15和第四IGBT16的2個(gè)PWM信號(hào)互補(bǔ)，使得單相四象限整流器10輸出穩(wěn)定的中間電壓。每個(gè)脈沖周期t結(jié)束后，控制裝置17計(jì)算一次脈沖占空比S，以控制4個(gè)IGBT在下一個(gè)脈沖周期t內(nèi)的導(dǎo)通或截止時(shí)間，即在電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)，每個(gè)IGBT的開(kāi)關(guān)頻率為f=l/t，控制裝置17的控制頻率為f=l/t。
[0004]但是，現(xiàn)有技術(shù)存在如下缺陷:受IGBT本身特性的限制，IGBT在單位時(shí)間內(nèi)的散熱量有限，而IGBT的散熱量與IGBT的開(kāi)關(guān)頻率正相關(guān)，因此使得IGBT在單位時(shí)間內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率有限，進(jìn)而使得控制裝置的控制頻率有限，控制裝置的控制精度較低，不利于單相四象限整流器輸出穩(wěn)定的中間電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種單相四象限整流器的脈沖控制方法、裝置及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的控制裝置的控制頻率有限，控制裝置的控制精度較低，不利于單相四象限整流器輸出穩(wěn)定的中間電壓的問(wèn)題。
[0006]一方面，本發(fā)明提供了一種單相四象限整流器的脈沖控制方法，包括:
[0007]實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電壓的相位；
[0008]在所述電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)，若檢測(cè)到所述電網(wǎng)電壓的相位大于0，則根據(jù)脈沖周期控制單相四象限整流器的第一橋臂的第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT和所述第一橋臂的第二 IGBT周期性導(dǎo)通，且當(dāng)所述第一 IGBT截止時(shí)所述第二 IGBT導(dǎo)通，當(dāng)所述第一 IGBT導(dǎo)通時(shí)所述第二 IGBT截止；以及控制所述單相四象限整流器的第二橋臂的第三IGBT截止且所述第二橋臂的第四IGBT截止；所述脈沖周期為T(mén)=l/2f，其中，T為所述脈沖周期，f為所述IGBT在所述電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率，f小于或者等于所述IGBT在所述電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率閾值F ;
[0009]在所述電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)，若檢測(cè)到所述電網(wǎng)電壓的相位小于或者等于0，則根據(jù)所述脈沖周期控制所述第三IGBT和所述第四IGBT周期性導(dǎo)通，且當(dāng)所述第三IGBT截止時(shí)所述第四IGBT導(dǎo)通，當(dāng)所述第三IGBT導(dǎo)通時(shí)所述第四IGBT截止；以及控制所述第一IGBT截止且所述第二 IGBT截止。
[0010]另一方面，本發(fā)明還提供了一種單相四象限整流器的脈沖控制裝置，包括:
[0011]檢測(cè)單元，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電壓的相位；
[0012]控制單元，用于在所述電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)，若所述檢測(cè)單元檢測(cè)到所述電網(wǎng)電壓的相位大于0，則根據(jù)脈沖周期控制單相四象限整流器的第一橋臂的第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT和所述第一橋臂的第二 IGBT周期性導(dǎo)通，且當(dāng)所述第一 IGBT截止時(shí)所述第二IGBT導(dǎo)通，當(dāng)所述第一 IGBT導(dǎo)通時(shí)所述第二 IGBT截止；以及控制所述單相四象限整流器的第二橋臂的第三IGBT截止且所述第二橋臂的第四IGBT截止；所述脈沖周期為T(mén)=l/2f，其中，T為所述脈沖周期，f為所述IGBT在所述電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率，f小于或者等于所述IGBT在所述電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率閾值F ;或者，
[0013]用于在所述電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)，若所述檢測(cè)單元檢測(cè)到所述電網(wǎng)電壓的相位小于或者等于0，則根據(jù)所述脈沖周期控制所述第三IGBT和所述第四IGBT周期性導(dǎo)通，且當(dāng)所述第三IGBT截止時(shí)所述第四IGBT導(dǎo)通，當(dāng)所述第三IGBT導(dǎo)通時(shí)所述第四IGBT截止；以及控制所述第一 IGBT截止且所述第二 IGBT截止。
[0014]另一方面，本發(fā)明還提供了一種單相四象限整流器的脈沖控制系統(tǒng)，包括:單相四象限整流器和如上所述的單相四象限整流器的脈沖控制裝置。
[0015]本發(fā)明提供的單相四象限整流器的脈沖控制方法、裝置及系統(tǒng)，在所述電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)電網(wǎng)電壓的相位大于O時(shí)，根據(jù)脈沖周期T控制單相四象限整流器的第一橋臂的兩個(gè)IGBT周期性導(dǎo)通，第二橋臂的兩個(gè)IGBT截止。當(dāng)電網(wǎng)電壓的相位小于或者等于O時(shí)，根據(jù)脈沖周期T控制第二橋臂的兩個(gè)IGBT周期性導(dǎo)通，第一橋臂的兩個(gè)IGBT截止。且脈沖周期T=l/2f，f為IGBT在電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率(f小于或者等于IGBT在電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率閾值F)，即IGBT在電網(wǎng)電壓的一個(gè)半周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率為1/T=2f，在電網(wǎng)電壓的另一個(gè)半周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率為0，因此IGBT在電網(wǎng)電壓的一個(gè)整周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率為f，控制裝置的控制頻率為1/T=2f，實(shí)現(xiàn)了在電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)，在不改變IGBT在電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率f (小于或者等于其在電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率閾值F)的情況下，控制裝置的控制頻率2f相比于現(xiàn)有技術(shù)中控制裝置的控制頻率f提高了一倍，從而提高了控制裝置的控制精度，有利于單相四象限整流器輸出穩(wěn)定的中間電壓，同時(shí)提高了控制裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為現(xiàn)有的單相四象限整流器的脈沖控制電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明提供的單相四象限整流器的脈沖控制方法一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明提供的單相四象限整流器的脈沖控制裝置一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明提供的單相四象限整流器的脈沖控制系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5為圖4所示實(shí)施例的單相四象限整流器的脈沖控制系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面通過(guò)具體的實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0022]圖2為本發(fā)明提供的單相四象限整流器的脈沖控制方法一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖。本實(shí)施例采用的電路圖仍為圖1所示的電路圖，如圖1、圖2所示，該方法具體可以包括:
[0023]S201，實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電壓的相位。
[0024]具體的，可以通過(guò)電壓傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電壓的相位。在電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)，若檢測(cè)到電網(wǎng)電壓的相位大于0，則執(zhí)行步驟S202 ;若檢測(cè)到電網(wǎng)電壓的相位小于或者等于0，則執(zhí)行步驟S203。
[0025]S202，在電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)，若檢測(cè)到電網(wǎng)電壓的相位大于0，則根據(jù)脈沖周期控制單相四象限整流器10的第一橋臂11的第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT13和第一橋臂11的第二 IGBT14周期性導(dǎo)通，且當(dāng)?shù)谝?IGBT13截止時(shí)第二 IGBT14導(dǎo)通，當(dāng)?shù)谝?IGBT13導(dǎo)通時(shí)第二 IGBT14截止；以及控制單相四象限整流器10的第二橋臂12的第三IGBT15截止且第二橋臂的第四IGBT16截止；脈沖周期為T(mén)=l/2f，其中，T為脈沖周期，f為IGBT在電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率，f小于或者等于所述IGBT在所述電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)的開(kāi)關(guān)頻率閾值F。
[0026]具體的，在電網(wǎng)電壓一個(gè)周期內(nèi)，若步驟S201中檢測(cè)到電網(wǎng)電壓的相位大于0，則控制裝置17向單相四象限整流器10的第一橋臂11的兩個(gè)IGBT (第一 IGBT13和第二IGBT14)的門(mén)極分別輸入一路脈沖周期為T(mén)的PWM脈沖信號(hào)，以控制這兩個(gè)IGBT周期性導(dǎo)通或截止，即每隔一個(gè)脈沖周期T，第一橋臂11的兩個(gè)IGBT導(dǎo)通或截止一次。且輸入至這兩個(gè)IGBT的兩路PWM脈沖信號(hào)互補(bǔ)，即任一時(shí)刻，2路PWM信號(hào)中一路為高電平而另一路為低電平，使得這兩個(gè)IGBT的開(kāi)關(guān)狀態(tài)相反，即當(dāng)?shù)谝?IGBT13截止時(shí)第二 IGBT14導(dǎo)通，當(dāng)?shù)谝?IGBT13導(dǎo)通時(shí)第二 IGBT14截止。同時(shí)控制裝置17向單相四象限整流器10的第二橋臂12的兩個(gè)IGBT (