[实用新型]一种三相大功率逆变电源的负载不平衡控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及逆变电源领域，特别涉及一种三相大功率逆变电源的负载不平衡控制装置。

背景技术

当前交流逆变电源应用日益广泛，功率也越来越大，从几十kVA到MVA。一般大功率的交流逆变电源基本上都是三相输出方式，几乎绝大多数的电源输出都会用三相隔离变压器做隔离输出，应用这种拓扑结构的交流逆变电源一般都存在一个共同的问题：

三相逆变电源出现不平衡负载时，三相变压器因其相互磁耦合，使得控制算法中的解耦控制很复杂，通常会允许负载不平衡≤30%且很难达到100%的不平衡负载控制。而当实际使用环境出现100%不平衡负载（如，A相100%负载、B、C相0%负载）时，会出现逆变电源无法正常工作，或者输出电源电压的相角严重偏移，使三相线电压超出相应标准要求的≤2°或≤4°，对于宽频（45Hz~800Hz）和高频（1000Hz）输出时，因变压器阻抗的提高使三相线电压相移会非常严重到＞10°，甚至更大。

针对大功率三相交流逆变电源不平衡负载的情况，常见的一种处理方式是采用三个单相隔离变压器，在三个隔离变压器二次侧采用Y接法来避免三相变压器的磁耦合带来的困扰，此种方案的电源控制算法相对简单一些。而三个单相变压器输出电压是进行单相控制、调节的，对于线电压的平衡会同时受限于相电压的平衡和三相之间相角。

尤其在电源输出的频率较宽（45Hz～800Hz）或高频（1000Hz）时，当出现不平衡负载时，因变压器阻抗的提高在200Hz以上频段的三相线电压不平衡度会随频率增高而增大且很难满足相关标准要求（一般至少会＞4°），且三相线电压相移在500Hz以上会严重到＞10°，电源输出频率再增大时甚至会更大。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种三相大功率逆变电源的负载不平衡控制装置及方法，以实现在负载不平衡的情况下，三相大功率逆变电源的相电压和线电压均平衡。

本实用新型实施例提供了一种三相大功率逆变电源负载不平衡控制装置，包括：由功率管组成的三相全桥逆变电路、交流滤波器、三相隔离变压器以及控制电路；

其中三相全桥逆变电路的输出端与交流滤波器的输入端相连，交流滤波器的输出端接隔离变压器的一次侧，三相隔离变压器的二次侧呈“Y”型连接；

三相全桥逆变电路的输出端以及三相隔离变压器的二次侧连接至控制电路的反馈输入端；控制电路的反馈输出端连接至三相全桥逆变电路的输入端；

控制电路，用于获取三相全桥逆变电路的每相电流的前馈信号以及三相隔离变压器二次侧的每相输出电压的反馈信号，根据电流的前馈信号和输出电压的反馈信号实现对三相全桥逆变电路的控制。

优选的，装置还包括设置在三相隔离变压器二次侧的第一电容，控制电路通过检测第一电容两端的电压获取每相输出电压的反馈信号。

优选的，装置还包括设置在三相功率管全桥逆变电路与交流滤波器组成的回路中的电流互感器，控制电路的反馈输入端连接至电流互感器，用于通过电流互感器获取每相电流的前馈信号。

优选的，控制电路包括：三相基准正弦波数字频率相位合成单元、电压频率相位检测单元、输入端与三相基准正弦波数字频率相位合成单元和电压频率相位检测单元相连的第一PI控制器、电压反馈调理单元、输入端与第一PI控制器的输出端和电压反馈调理单元的输出端相连的第二PI控制器、输入端与第二PI控制器的输出端相连的比较器以及输入端与比较器的输出端相连的驱动单元；

三相基准正弦波数字频率相位合成单元，用于将给定的参考频率生成包含相应相的相位和频率的频率相位指令信号；

电压频率相位检测单元，用于将每相输出电压的反馈信号的频率和相位信息进行分离，获取每相输出电压的反馈信号的相位和频率；

第一PI控制器，用于根据相应相的相位和频率、每相输出电压的反馈信号的相位和频率以及给定的参考电压进行运算，生成相应相的电压指令信号；

所述电压反馈调理单元，用于将所述每相输出电压的反馈信号转变为对应相的弱电压反馈信号；

所述第二PI控制器，用于根据所述的每相电流的前馈信号、所述的相应相的电压指令信号以及所述的对应相的弱电压反馈信号进行PI运算，并将得到的误差信号与母线电压通过相应的调制比运算得到相应相的输出信号；

比较器，用于将相应相的输出信号与对应的调制载波进行比较运算得到相应相的驱动信号；

驱动单元，用于根据相应相的驱动信号驱动对应的功率管。

优选的，三相全桥逆变电路由12个IGBT组成。