[发明专利]电感器电路及控制电感器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及整流器电路领域，特别是一种电感器电路和一种控制电感器的方法。

背景技术

在很多电力电子设备中都使用交流(AC)-直流(DC)变流器(即，整流器)作为对电网的接口，将电网的交流电转换为直流电。由于二极管整流桥的结构简单，并且成本较低，因此单相或三相二极管整流桥常被用来实现AC-DC转换。然而，作为一种非线性和不可控器件，二极管整流桥具有输入电流谐波，容易引起电能质量问题，而电能质量问题会引起诸如电压波动、降低传输容量等进一步的问题。

图1显示了一种三相AC-DC-AC变流器，包括一个三相二极管整流桥、一个电解电容器和一个基于绝缘栅极型功率管(IGBT)的逆变器，三相交流电从输入端R、S、T输入二极管整流桥，经二极管整流桥转换成直流电，在经过电解电容器之后输入逆变器，由逆变器转换成三相交流电后从输出端U、V、W输出。如前所述，由于二极管整流桥是一种非线性和不可控器件，所以其输入电流含有明显的谐波，会进一步传播到电网中，对电网造成不良影响。电流谐波还会导致电网输出额外的无功功率，降低电网的电压。

图2显示了图1所示二极管整流桥的输入电压和电流的波形，该图是从示波器屏幕截取的。需要注意的是，由于测量的是线间电压，因此相电压与图中所示电压存在一个30°的相位差。图3显示了图2中电流的频谱，该频谱使用快速傅里叶变换(FFT)得到。从图3可以看出，输入电流中存在明显的5阶谐波、7阶谐波、11阶谐波和13阶谐波。经过计算，此时的功率因数为0.58。

为了降低二极管整流桥的输入电流谐波，可以在二极管整流桥的直流侧使用一个电感器。图4显示了一种增加了电感器L_DC的AC-DC-AC变流器。由于如图4所示的电路在图1所述电路的基础上增加了一个具有高电感的直流电感器L_DC，因此可以使得直流侧的电流变得平滑，并且可以降低输入电流谐波。

图5显示了图4所示二极管整流桥(电感器L_DC的电感为2mH时)的输入电压和电流波形。图5中的电流峰值约为15A，与图2中约为25A的电流峰值相比，可以看出电流峰值得到了降低，并且波形变得平滑了。

图6显示了通过FFT得到的图5中电流的频谱。图6中虽然还存在明显的5阶谐波和7阶谐波，但是与图3相比，已经得到了很大程度的降低，尤其是7阶谐波。经过计算，此时的功率因数为0.75，与图1所示的AC-DC-AC变流器相比有所提高。

使用电感更大的电感器可以进一步降低电流谐波。图7显示了采用电感为10mH的电感器L_DC时的输入电压和电流波形，图8显示了通过FFT得到的图7中电流的频谱。从图中可以看出，电流峰值(图7中约为10A)进一步得到了降低，电流波形更加平滑，进一步降低了5阶谐波和7阶谐波，并且此时的功率因数提高到了0.92。

可见，采用电感更大的电感器，可以更进一步降低输入电流谐波，但是，由于电感器使用大量的铜，所以电感更大的电感器具有体积大、重量大、成本高的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种电感器电路，其目的在于，使用小电感的电感器来有效降低输入电流谐波。本发明还提出了一种电感器的控制方法，用以使用小电感的电感器来有效降低输入电流谐波。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电感器电路，包括一个电感器，该电感器串联连接在一整流器电路直流侧的一条线路中，还包括一个第一控制器、一个第二控制器、一个第三控制器以及一个开关器件，所述开关器件并联连接在所述整流器电路直流侧的两条线路之间，

所述第一控制器，用于根据电压设定值和所述整流器电路直流侧的电压采样信号确定电流参考信号；

所述第二控制器，用于根据所述电流参考信号和所述整流器电路直流侧的电流采样信号确定控制信号；

所述第三控制器，用于根据所述控制信号控制所述开关器件导通或断开。

所述电感器电路还包括一个波形发生器，用于产生电流整形信号。所述第二控制器还用于根据所述电流参考信号、电流采样信号以及所述电流整形信号确定控制信号。

所述第一控制器为比例控制器、比例积分控制器、或者比例积分微分控制器。

所述第二控制器为比例控制器、比例积分控制器、比例积分微分控制器、或者比例微分控制器。

所述第三控制器为脉冲宽度调制控制器或脉冲频率调制控制器。