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本实用新型属于电力电子技术领域，尤其涉及一种用于单相PWM整流器直流侧二次谐波消除的控制电路。

背景技术：

随着经济的不断的高速发展和功率开关器件制造水平的快速提高，更多的高精度自动化设备被应用到工业生产中，工业运行中实际上存在很多以直流电源作为供电的设备装置，PWM整流器具有较高的功率因数，输入电流谐波小，能量的可逆等优良的性能，目前广泛应用于新能源发电以及交流传动等领域。

对于单相变换器件，直流侧都会不可避免存在一个二次脉动的功率，由于二次谐波的存在，会给用电设备造成一系列的危害，首先谐波会污染电能质量，导致使用设备的不够稳定，以及影响设备的寿命，二次谐波的存在同样会造成设备效率下降，开关信号产生误动作，对设备之间正常通讯造成干扰，影响电力电子计量设备的准确性。而在单相整流器系统当中，系统常有在直流侧并联有蓄电池或光伏电池板，然而直流侧元器件阻值一般比较低，脉动的电流进入电池后，电池会发热，温度升高，二次纹波也会降低光伏组件输出的效率，极大的减小光伏电池板的使用寿命，对于并网逆变系统而言，当直流母线电压中含有二次纹波时，期望电压和实际电压做差中会含有二次分量，送入到反馈控制环节后，这样得到的交流侧电流幅值的期望值中也会含有二次分量，这样会使得交流侧实际电流中出现三次谐波电流分量，谐波的存在会使电力变压器的损耗增加，直接影响系统的使用容量和使用效率，因此从真正意义上消除直流侧二次谐波具有重要的研究价值和工程意义。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种用于单相PWM整流器直流侧二次谐波消除的控制电路，本用于单相PWM整流器直流侧二次谐波消除的控制电路利用隔离驱动电路实现对6个IGBT开关管的导通、关断控制，使得系统直流母线始终稳定在期望的状态下，消除直流侧二次谐波，提高了功率因素，延长了系统的使用寿命。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种用于单相PWM整流器直流侧二次谐波消除的控制电路，包括主电路和控制电路；

所述主电路包括单相交流电源、第一电抗器、单相全桥整流电路、谐波消除支路、直流滤波电容、交流滤波电容和第二电抗器，所述单相交流电源的正极与第一电抗器的一端连接，所述第一电抗器的另一端与单相全桥整流电路连接，所述单相全桥整流电路与直流滤波电容并联，所述直流滤波电容与谐波消除支路并联，所述谐波消除支路与交流滤波电容的一端连接，所述交流滤波电容的另一端与第二电抗器的一端连接，所述第二电抗器的另一端与单相交流电源的负极连接，所述直流滤波电容还并联有负载，所述直流滤波电容的一端连接有地线；

所述控制电路包括整流电路输入电流电压检测电路、谐波消除支路电流电压检测电路、直流母线输出电流电压检测电路、A/D转换和信号调理电路、微处理器和隔离驱动电路，所述整流电路输入电流电压检测电路与单相交流电源连接，所述谐波消除支路电流电压检测电路均与第二电抗器和交流滤波电容连接，所述直流母线输出电流电压检测电路与直流滤波电容电连接，所述整流电路输入电流电压检测电路、谐波消除支路电流电压检测电路和直流母线输出电流电压检测电路均与A/D转换和信号调理电路连接，所述A/D转换和信号调理电路和微处理器的输入端连接，所述微处理器的输出端通过隔离电压器与隔离驱动电路的输入端连接，所述隔离驱动电路的输出端分别与单相全桥整流电路和谐波消除支路连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述单相全桥整流电路包括第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块和第四IGBT模块，所述第一IGBT模块、第二IGBT模块、第四IGBT模块和第三IGBT模块依次连接且头尾相连成环形电路，所述第二IGBT模块和第四IGBT模块的一端连接有地线，所述第一电抗器分别与第一IGBT模块和第二IGBT模块连接，所述单相交流电源的负极分别与第四IGBT模块和第三IGBT模块连接，所述第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块和第四IGBT模块均包括相互并联的IGBT开关管、二极管和电容。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述隔离驱动电路的输出端分别与第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块和第四IGBT模块的IGBT开关管的门极连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述谐波消除支路包括第五IGBT模块和第六IGBT模块，所述第五IGBT模块和第六IGBT模块连接，所述交流滤波电容分别与第五IGBT模块和第六IGBT模块连接，所述第六IGBT模块的一端连接有地线，所述第五IGBT模块和第六IGBT模块包括相互并联的IGBT开关管、二极管和电容。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述隔离驱动电路的输出端分别与第五IGBT模块和第六IGBT模块的IGBT开关管的门极连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述整流电路输入电流电压检测电路、谐波消除支路电流电压检测电路和直流母线输出电流电压检测电路均采用TBV10/25A系列的霍尔电压传感器和TBC20SY系列的霍尔电流传感器；所述整流电路输入电流电压检测电路中的霍尔电压传感器用于采集单相交流电源两端的电压，所述整流电路输入电流电压检测电路中的霍尔电流传感器用于采集单相交流电源与第一电抗器之间的电流；所述谐波消除支路电流电压检测电路中的霍尔电压传感器用于采集交流滤波电容和第二电抗器两端的电压，所述谐波消除支路电流电压检测电路中的霍尔电流传感器用于采集流过第二电抗器的电流，所述直流母线输出电流电压检测电路中的霍尔电压传感器用于采集直流滤波电容两端的电压，所述直流母线输出电流电压检测电路中的霍尔电流传感器用于采集直流滤波电容与负载之间的总电流。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述微处理器采用TMS320F28335芯片。

本实用新型谐波消除支路的第五IGBT模块和第六IGBT模块构成消除直流母线处产生的二次谐波桥臂，仅向直流侧传输的输出的直流分量功率，将二次谐波功率通过储能元器件（交流滤波电容）留在交流侧，从而消除直流侧二次谐波。本实用新型采集单相全桥整流电路、谐波消除支路、直流母线的电压和电流信号，送至模数转换模拟量输入端再经过滤波电路处理，微处理器经输出控制信号至隔离驱动电路，利用变压器隔离驱动电路实现对6个IGBT开关管导通、关断控制，使得系统直流母线始终稳定在期望的状态下，提高了功率因素，延长了系统的使用寿命并且提高了对能源的使用效率。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理示意图。

图2为本实用新型主电路的电路原理示意图。

图3为本实用新型的控制流程图。

具体实施方式

下面根据图1至图3对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：

参见图1， 一种用于单相PWM整流器直流侧二次谐波消除的控制电路，包括主电路和控制电路；所述主电路包括单相交流电源1、第一电抗器2、单相全桥整流电路3、谐波消除支路5、直流滤波电容4、交流滤波电容6和第二电抗器7，所述单相交流电源1的正极与第一电抗器2的一端连接，所述第一电抗器2的另一端与单相全桥整流电路3连接，所述单相全桥整流电路3与直流滤波电容4并联，所述直流滤波电容4与谐波消除支路5并联，所述谐波消除支路5与交流滤波电容6的一端连接，所述交流滤波电容6的另一端与第二电抗器7的一端连接，所述第二电抗器7的另一端与单相交流电源1的负极连接，所述直流滤波电容4还并联有负载15，所述直流滤波电容4的一端连接有地线；所述控制电路包括整流电路输入电流电压检测电路9、谐波消除支路电流电压检测电路8、直流母线输出电流电压检测电路10、A/D转换和信号调理电路11、微处理器12和隔离驱动电路14，所述整流电路输入电流电压检测电路9与单相交流电源1连接，所述谐波消除支路电流电压检测电路8均与第二电抗器7和交流滤波电容6连接，所述直流母线输出电流电压检测电路10与直流滤波电容4电连接，所述整流电路输入电流电压检测电路9、谐波消除支路电流电压检测电路8和直流母线输出电流电压检测电路10均与A/D转换和信号调理电路11相应的模拟量输入接口连接，所述A/D转换和信号调理电路11的数字输出和微处理器12的数字接口输入端连接，所述微处理器12的PWM信号输出端通过隔离电压器13与隔离驱动电路14的输入端连接，所述隔离驱动电路14的输出端分别与单相全桥整流电路3和谐波消除支路5连接。

进一步地，参见图2，所述单相全桥整流电路3包括第一IGBT模块3-1、第二IGBT模块3-2、第三IGBT模块3-3和第四IGBT模块3-4，所述第一IGBT模块3-1、第二IGBT模块3-2、第四IGBT模块3-4和第三IGBT模块3-3依次连接且头尾相连成环形电路，所述第二IGBT模块3-2和第四IGBT模块3-4的一端连接有地线，所述第一电抗器2分别与第一IGBT模块3-1和第二IGBT模块3-2连接，所述单相交流电源1的负极分别与第四IGBT模块3-4和第三IGBT模块3-3连接，所述第一IGBT模块3-1、第二IGBT模块3-2、第三IGBT模块3-3和第四IGBT模块3-4均包括相互并联的IGBT开关管、二极管和电容。

进一步地，所述隔离驱动电路14的输出端分别与第一IGBT模块3-1、第二IGBT模块3-2、第三IGBT模块3-3和第四IGBT模块3-4的IGBT开关管的门极连接。

进一步地，参见图2，所述谐波消除支路5包括第五IGBT模块5-1和第六IGBT模块5-2，所述第五IGBT模块5-1和第六IGBT模块5-2连接，所述交流滤波电容6分别与第五IGBT模块5-1和第六IGBT模块5-2连接，所述第六IGBT模块5-2的一端连接有地线，所述第五IGBT模块5-1和第六IGBT模块5-2包括相互并联的IGBT开关管、二极管和电容。第五IGBT模块5-1和第六IGBT模块5-2构成消除直流母线处产生的二次谐波桥臂，仅向直流侧传输的输出的直流分量功率，将二次谐波功率通过储能元器件留在交流侧。本实用新型的二次谐波消除主要就是单相PWM整流器直流侧电压二倍频波动为目标，引入辅助有源模块以缓冲与直流侧电压二倍频波动相对应的谐波功率。

进一步地，参见图2，所述隔离驱动电路14的输出端分别与第五IGBT模块5-1和第六IGBT模块5-2的IGBT开关管的门极连接。

进一步地，参见图2，所述整流电路输入电流电压检测电路9、谐波消除支路电流电压检测电路8和直流母线输出电流电压检测电路10均由TBV10/25A系列的霍尔电压传感器和TBC20SY系列的霍尔电流传感器及外围辅助电路构成；所述整流电路输入电流电压检测电路9中的霍尔电压传感器用于采集单相交流电源1两端的电压，所述整流电路输入电流电压检测电路9中的霍尔电流传感器用于采集单相交流电源1与第一电抗器2之间的电流；所述谐波消除支路电流电压检测电路8中的霍尔电压传感器用于采集交流滤波电容6和第二电抗器7两端的电压，所述谐波消除支路电流电压检测电路8中的霍尔电流传感器用于采集流过第二电抗器7的电流，所述直流母线输出电流电压检测电路10中的霍尔电压传感器用于采集直流滤波电容4两端的电压，所述直流母线输出电流电压检测电路10中的霍尔电流传感器用于采集直流滤波电容4与负载15之间的总电流。

进一步地，所述微处理器12采用TMS320F28335芯片。

本实用新型的工作原理为：参见图3，其中，整流电路输入电流电压检测电路9将采集到的单相全桥整流电路3输入电压和电流、直流母线输出电流电压检测电路10将采集到的直流母线侧输出电压和电流经过A/D转换后送至微处理器12，微处理器12经过经过坐标变换计算，在dq旋转坐标下实现电流前馈解耦的控制，可计算得到单相全桥整流电路3控制输入电流的期望值，再由整流电路输入电流电压检测电路9采集到的电流与此期望值比较，经过微处理器12反馈调节处理后，输出至隔离驱动电路14，隔离驱动电路14根据微处理器12输出的PWM信号控制第一IGBT模块3-1、第二IGBT模块3-2、第三IGBT模块3-3和第四IGBT模块3-4的IGBT开关管，实现在主电路整流控制。

对于谐波消除支路5，谐波消除支路电流电压检测电路8采集的输入电流同样经过A/D转换后送至微处理器12，微处理器12经过检测，利用系统中整流电路输入电流电压检测电路9、谐波消除支路电流电压检测电路8和直流母线输出电流电压检测电路10分别采样的电压、电流信号计算瞬时有功功率（整流器输出功率）和无功功率（谐波功率），可将无功功率变换成相应的谐波消除支路5上第二电抗器7和交流滤波电容6串联电流来进行控制，将此电流作为谐波消除支路5控制输入电流的期望值，间接的控制瞬时功率（瞬时有功和无功）在一定范围内，使得PWM整流器输出有功功率为恒定值，再由谐波消除支路电流电压检测电路8采集到的电流与此期望值比较，经过微处理器12反馈调节处理后，输出至隔离驱动电路14，隔离驱动电路14根据微处理器12输出的PWM信号控制第五IGBT模块5-1和第六IGBT模块5-2的IGBT开关管，实现谐波消除支路5控制。

本实用新型的CPU采用的是德州仪器公司C2000系列DSP（TMS320F28335），TMS320F28335具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元。A/D转换和信号调理电路11中的A/D转换电路的16位数字输出口分别与TMS320F28335芯片的数字接口GPIO64-GPIO79电连接。

本实用新型利用霍尔电压传感器和霍尔电流传感器分别采集单相全桥整流、谐波消除支路5、直流母线的电压和电流信号，送至模数转换模拟量输入端再经过滤波电路处理，微处理器12经过坐标变换，在dq旋转坐标下实现电流前馈解耦的控制，可计算得到单相全桥整流电路3控制输入电流的期望值，再利用系统中采样的电压、电流信号计算瞬时有功功率（整流器输出功率）和无功功率（谐波功率），将无功功率变换成相应的支路上电抗器和电容串联电流来进行控制，将此电流作为谐波消除支路5控制输入电流的期望值，然后由电流检测电路采集到的电流与期望值比较，经过微处理器12反馈调节处理后，输出至隔离驱动电路14，利用变压器隔离驱动电路14实现对6个IGBT功率开关管导通、关断控制，使得系统直流母线始终稳定在期望的状态下，提高了功率因素，延长了系统的使用寿命并且提高了对能源的使用效率。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。

(整理：泉山电工培训学校)