[发明专利]中压变频驱动系统与总谐波失真补偿控制方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种整流模块，且特别是有关于一种适用于具有电流单向性的三相切换式整流模块的失真补偿控制方法。

背景技术

在电动机械或感应马达的控制当中，马达的速度调节是一个重要的课题，习知的电动机械中采用的传统直流调速技术，因硬件体积大且故障率高而使其应用受限。

变频器(Variable-frequency Drive，VFD)，是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动组件。

变频器的作用是改变感应马达的交流供电的频率和振幅，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制感应马达转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器配合交流式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，使得电路系统得以缩小体积并降低维修率。

其中，中压变频调速系统，目前应用广泛，在大型风机、水泵、牵引、传动等方面都具有广阔的前景。中压变频调速系统需要具备以下几个主要功能：安全、快速、宽范围地变频调速；良好的网侧功率因子；良好的输入输出电流谐波等。

同时，由于中压(是指介于1kV～35kV的电压，常见应用以6kV为例)系统中，对于开关组件耐压的要求很高，此目前最常见的中压变频调速系统主要采用多层级的级联型(cascade)方案。多级变压器可将三相电网(一次侧)较高的输入电压变换为二次侧的较低的工作电压，二次侧的每个绕线组分别耦接单独的功率单元。个别的功率单元针对较低的工作电压完成整流与逆变的工作，实现变频调速功能。透过上述多级变压器的设置，可解决功率单元无法耐高压的问题，又可解决一次侧的电流谐波问题。

然而，上述习知的中压变频调速系统所设置的多级变压器，其体积和重量庞大，所需成本高，且设计复杂。因此如何采用其它调速系统结构，在获得同样性能的同时可省略变压器的设置，成为重点的研究方向。

目前产业已提出一种三相切换式整流模块，实际电路应用中，三相切换式整流模块可以是一种维也纳式(Vienna)整流模块，其为一种多电平整流装置。相对一般三电平脉宽调变(pulse-width modulation，PWM)整流器，三相切换式整流模块除了同样具有良好的功率因子校正功能和直流电压控制能力外，还具有结构简单，开关器件少，无桥臂直通风险，可靠性高等特点。对于要求体积小，成本低而无能量回馈需求的场合非常适用。

然而，习知的三相切换式整流模块存在有失控区的问题须要解决。请参阅图11与图12，图11绘示接入三相电网的三相切换式整流模组的简化示意图，图12绘示图11中三相切换式整流模组的相位关系。于习知的三相切换式整流模块中具有电网侧相电压u_s以及整流器交流侧相电压u_r，两相电压(u_s与u_r)之间由电抗器L_s连接。由于相电流在电抗器L_s上的压降影响，当电网侧相电流i_s与电网侧相电压u_s同相时，其相位关系如图12所示，电网侧相电流i_s必然会超前整流器交流侧相电压u_r一定的相位角差Δθ。而在此相位角差Δθ的范围内，整流器交流侧相电压u_r不能被控制器完全控制，而主要取决于相电流方向，直到控制器控制输出的交流侧相电压换向至与相电流同向。

因此，相位角差Δθ的区域可认为是整流器的失控区，此区域内的整流器交流侧电压会发生畸变，这种畸变会导致习知的三相切换式整流模块的交流侧电压具有很大的低次谐波，进而影响网侧电流谐波。尤其针对中高压或大功率场合，受器件特性影响，开关频率较低，这种失控区带来的谐波影响更加严重，导致整流器的总谐波畸变率上升。

发明内容

因此，为解决上述提到的失控区问题，并维持较好的整流模块的功率因子，本发明提出下列解决方案，其揭露一种中压变频驱动系统及其三相切换式整流模块，此外，更揭露了用于上述三相切换式整流模块的总谐波失真补偿控制方法。

相较传统的三电平脉宽调变(pulse-width modulation，PWM)整流器，本揭露文件实施例中所提出的三相切换式整流模块的电路结构，其开关组件可减少一半，以功率二极管取而代的。