一种高功率因数三相整流电路及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子交流技术领域，具体涉及一种高功率因数是三相整流电路，属于电力电子交流技术领域，能用于对电网中的感性电力负荷如变压器、电动机、日光及电弧炉等设备进行无功补偿的三相整流电路及其控制方法。
【背景技术】
[0002]目前无功补偿可以分为高压无功补偿和低压无功补偿。高压处装无功补偿装置一是价位高，二是补偿效果不明显。低压无功补偿的方式可分为集中补偿和就地补偿。无功补偿的装置可分为静态、动态和静态加动态。低压无功自动补偿成套装置利用控制器跟踪系统无功负荷的变化，选功率因数或无功功率作为判据，使系统的功率因数保持为最佳状态，但其通过投切电容器等实现的无功补偿，无法实现实时控制与跟踪，且只能实现功率因数的最优化，而无法实现功率因数为I的精确调整。目前广泛使用的功率因数调节技术是通过晶闸管投切电容器进行无功补偿，但投切电容器移植性较差，对不同的负载需要不同电容值的电容器，另外投切电容器必须并联在交流电源中，所以电容器需要较高的耐压值。
【发明内容】
[0003]鉴于以上背景，为了克服现有的不足，提供了一种高功率因数的三相整流电路。本发明不仅解决了电容耐压的问题，对不同的负载只需改变控制程序就能够很好的实现功率因数调节。
[0004]为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是:
一种高功率因数三相整流电路，其包括主电路、采样电路、辅助电源模块、单片机控制模块和驱动模块；主电路的输入是星形连接的三相交流电Ua、Ub、Uc，其中性点为N ;辅助电源模块的输出端分别与单片机控制模块和驱动电路模块的电源输入端连接；采样电路中的第一电压传感器米样输入相电压U3n，第二电压传感器米样输入相电压Um，第三电压传感器米样输出电压Ud。;主电路中的第一电流传感器米样输入相电流Ia，第二电流传感器米样输入相电流Ic ;驱动模块的输入接单片机控制模块的控制信号输出端，驱动模块输出的驱动信号接主电路中的开关管门极。
[0005]进一步地，所述主电路包括三相不可控的整流电路即第一整流桥、第一双向开关电路、第二双向开关电路、第三双向开关电路、第四电容、第五电容、第一电感；三相电输出端接第一整流桥；第四电容、第五电容串联后，再并联在第一整流桥的输出端，第一电感并联在第一整流桥的输出端；三相电a相的输出端接第一双向开关电路的输入端，三相电b相的输出端接第二双向开关电路的输入端，三相电c相的输出端接第三双向开关电路的输入端，第一双向开关电路第二双向开关电路第三双向开关电路的输出端接于一点并连接到第四电容、第五电容串联的连接点；
所述第一双向开关电路包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容，第二双向开关电路包括第三开关管、第四开关管、第三二极管、第四二极管、第二电容，第三双向开关电路包括第五开关管、第六开关管、第五二极管、第六二极管、第三电容；第一二极管反并联在第一开关管上，第二二极管反并联在第二开关管上，第一开关管的漏极接第一电容的正极，第二开关管的漏极接第一电容的负极，第一开关管的源极接第二开关管的源极；第三二极管反并联在第三开关管上，第四二极管反并联在第四开关管上，第三开关管的漏极接第二电容的正极，第四开关管的漏极接第二电容的负极，第三开关管的源极接第四开关管的源极；第五二极管反并联在第五开关管上，第六二极管反并联在第六开关管上，第五开关管的漏极接第三电容的正极，第六开关管的漏极接第三电容的负极，第五开关管的源极接第六开关管的源极。
[0006]进一步地，所述采样电路包括第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器、第一电流传感器和第二电流传感器；第一电压传感器的输入和三相电源a相并联，第一电压传感器的输出接单片机控制模块的相电压U3n采样输入端，第二电压传感器的输入和三相电源b相并联，第二电压传感器的输出接单片机控制模块的相电压UbN采样输入端，第三电压传感器的输入和第一电感并联，第三电压传感器的输出接单片机控制模块的输出电压Ude米样输入端；第一电流传感器的输入和三相电a相的输出串联，第一电流传感器的输出接单片机控制模块的相电流Ia采样输入端，第二电流传感器的输入和三相电c相的输出串联，第一电流传感器的输出接单片机控制模块的相电流Ic采样输入端。
[0007]进一步地，所述辅助电源模块包括第二整流桥，第六电容、第七电容、第八电容，第一电阻、第二电阻、用于输出15V直流电压的第一稳压芯片TL783和用于输出5V直流电压的第二稳压芯片7805 ;第二整流桥上下两端分别接输入电源的两端，另外两端分别与第六电容两端连接；第六电容的正极端接第一稳压芯片TL783的输入端，第一稳压芯片TL783的输出端接第二稳压芯片7805的输入端，第二稳压芯片7805的输出端与单片机模块和驱动模块的输入端连接；第一稳压芯片TL783的接地端与第二电阻一端连接，第二电阻的另一端接地；第一电阻的一端与第二电阻的一端连接，另一端接第一稳压芯片TL783的输出端；第七电容的一端接第二稳压芯片7805的输入端，另一端接地；第八电容的正极端接第二稳压芯片7805的输出端，负极端接地。
[0008]进一步地，所述驱动模块包括三个结构相同的驱动信号判断电路，每个驱动信号判断电路均各自独立包括第三电阻、第五电阻、第九电容、第十一电容、第一非门、第一与门、第二与门、第一驱动隔离电路、第二驱动隔离电路；单片机控制模块输出的控制信号连接到第一非门的输入、第五电阻的一端、第一与门的一个输入端、第二与门的一个输入端；第一非门的输出接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接第一与门的另一输入端和第九电容的一端，第九电容的另一端接地；第五电阻的另一端接第二与门的另一输入端和第十一电容的一端，第^ 电容的另一端接地；第一与门和第二与门的输出分别接第一驱动隔离电路、第二驱动隔离电路。
[0009]进一步地，每个驱动隔离电路均各自独立包括第一三极管、第二三极管、第十电容、第一变压器、第四电阻；第一三极管的基极和第二三极管的基极相连后连接第一与门的输出，其他驱动隔离电路的构成一样，分别连接第二~第六与门的输出；第一三极管的发射极和第二三极管的发射极相连后与第十电容的一端相连，第一三极管的集电极接辅助电源模块中第一稳压芯片TL783的输出，第二三极管的集电极与第一变压器的一个输入端相连后接地，第十电容的另一端接第一变压器的另一输入端；第一变压器的一个输出端与第四电阻的一端相连，另一端接主电路开关管的源极，第四电阻的另一端接主电路开关管的门极；各个驱动隔离电路之间相互独立，无连接关系。
[0010]所述高功率因数三相整流电路的工作方法:单片机控制模块的单片机控制电路接收主电路采样得到的输入电源电压和输入电流，然后分别计算输入电压和输入电流的过零点时刻，将输入电压的过零点时刻减去输入电流的过零点时刻，若两者差值为正，则减小双向开关电路的移相角，若两者差值为负，则增大双向开关电路的移相角，通过负反馈使输入电压和输入电流的过零点时刻相同，即功率因数为I。
[0011]与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果:本发明调整功率因数的第一电容、第二电容、第三电容是串连接在负载与输入电源中的，解决了电容耐压的问题。单片机控制模块接收电压传感器和电流传感器的信号，从而选择开关管的开通关断的时刻，从而选择电容接入