基于RCD吸收电路的电力有源滤波器的制作方法

本实用新型涉及一种基于RCD吸收电路的电力有源滤波器，尤其设计一种在三相全桥逆变单元的每一相的上下桥组上设有RCD吸收电路的电力有源滤波器

背景技术：

随着现代社会生产生活中电气化的快速发展，精密化用电和节能化用电越来越普遍，因此电力电子器件也大范围的使用，非线性负荷越来越多。电力电子器件使电能的利用更精细、效率也更高，但另一方面由电力电子组成的非线性负荷造成电网中出现大量的谐波，使系统中电压和电流的发生非正常变化，对电网的工作运行造成很大的安全隐患。

电力有源滤波器利用传感器检测出非线性负载的电压和电流信号，由指令电流运算电路计算出补偿电流的指令信号，然后通过脉冲宽度调制控制信号单元将它变换成脉冲宽度调制指令，控制逆变器产生相应的补偿电流，用来消除谐波，得到良好的电源电流和电源电压。目前市场上的电力有源滤波器，有电压型和电流型，以电压型使用最为广泛。在结构拓扑上有并联型和串联型，并联型最为广泛，主要有三相三线制和三相四线制。电力有源滤波器是随着现代电力电子技术发展起来的高科技装备，是电力系统无功补偿、谐波治理的最终和最优的解决方案。但是就目前设备实际应用中仍然存在一切问题，如系统损耗大、IGBT受外界电压波动影响而损坏，甚至造成IGBT模块的爆炸。究其原因，主要是因为IGBT的快速开关过程中存在开关尖峰，这是IGBT产生过压损坏的主要原因。

基于RCD吸收电路的电力有源滤波器，在IGBT桥组上设有RCD吸收电路，针对开关尖峰进行吸收，使得IGBT的开关过程电压平稳，损耗减小，降低了IGBT的事故率。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于治理现在电网中的谐波，而提供一种旨在消除电网中谐波电流的电力有源滤波器，鉴于现有电力滤波器存在的开关损耗大、开关尖峰电压高、IGBT寿命降低等问题，而设计开发的基于RCD吸收电路的电力有源滤波器。

本实用新型的目的是这样实现的：基于RCD吸收电路的电力有源滤波器，包括系统电源usa、usb、usc、与系统电源usa、usb、usc的三相输出端相连接的输出电抗器La、Lb、Lc、与输出电抗器La、Lb、Lc相连接的是由六只绝缘栅双极型晶体管IGBT构成的三相全桥逆变单元、与三相全桥逆变单元的直流侧相连接的两组串接的电容Ca、Cb、并联在三相全桥逆变单元的每一组上下桥臂上的RCD吸收电路、控制系统，其特征在于：

在系统电源usa、usb、usc与三相输出电抗器La、Lb、Lc之间连接有系统电压互感器，系统电压互感器的输出端连接到控制系统的系统电压采样端口；

在输出电抗器La、Lb、Lc与三相全桥逆变单元之间穿有输出电流互感器CTa、CTb、CTc，输出电流互感器的输出端连接到控制系统的输出电流采样端口；

在三相全桥逆变单元直流侧的每一组电容上连接有直流电压互感器，直流电压互感器的输出端连接到控制系统的直流电压采样端口；

控制系统的PWM脉冲输出信号端口直接连接到绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路；另外在负载侧穿接负载电流互感器，负载电流互感器的输出端连接到控制系统的负载电流采样端口。

进一步的优选，三相全桥逆变单元的每一相上下桥臂上设有RCD吸收电路。所述的RCD吸收电路包括滤波电容C1、C2、单向导通二极管D1、D2、滤波电阻R1、R2，其特征在于：C1、D1串联并接于逆变单元的每一相上下桥臂的上桥臂IGBT的两端、C2、D2串联并接于逆变单元的每一相上下桥臂的下桥臂IGBT的两端、R1接在逆变单元的每一相上下桥臂N极和C1、D1的中间、R2接在逆变单元的每一相上下桥臂P极和C2、D2的中间。

进一步的优选，控制系统包括系统电压采样端口、负载电流采样端口、输出电流采样端口、直流电压采样口、ARM采样芯片AD、DSP采样芯片AD、ARM、DSP，其特征在于：系统电压采样端口、负载电流采样端口、输出电流采样端口、直流电压采样口通过调理电路将采样信号汇总到采样数据总线、ARM采样芯片AD、DSP采样芯片AD分别与采样数据总线相连，并将采样数据分别传送给ARM控制芯片和DSP控制芯片、通讯端口通过通讯信号线与ARM控制芯片相连、IO控制端口通过IO控制信号线与DSP控制芯片相连、ARM控制芯片与DSP控制芯片之间通过通讯信号线相连。

与现有的有源电力滤波器相比，本实用新型提出的基于RCD吸收电路的电力有源滤波器具有以下突出优点：

1)通过RCD吸收电路，降低了IGBT的开关尖峰，保护了IGBT，降低了IGBT过压故障率；

2)通过RCD吸收电路，降低了IGBT的开关损耗，降低了IGBT工作过程中的温升，提高了IGBT的工作寿命；

本实用新型所提出的基于RCD吸收电路的电力有源滤波器，具有消除电网谐波的功能，同时解决了IGBT的开关尖峰电压高、开关损耗大等问题。具有损耗小、系统可靠性高等突出优点。

附图说明

图1：本实用新型的系统电路。

图2：本实用新型的RCD吸收电路。

图中：1、三相全桥逆变单元，2、RCD吸收电路，3、控制系统，4、系统电压互感器，5、负载电流互感器，6、输出电流互感器，7、驱动电路，8、直流电压互感器，

具体实施方式

下面结合附图与具体实施实例对本实用新型作进一步详细描述：本实施实例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式。

图1是本实用新型提出的基于RCD吸收电路的电力有源滤波器的系统结构框图，包括三相全桥逆变单元1、并接于在逆变单元的每一相上下桥臂的RCD吸收电路2、连接电网侧的电感La、Lb、Lc、系统电压互感器4、负载电流互感器5、输出电流互感器6、直流电压互感器8、用于三相全桥的驱动电路7以及用于计算和控制的控制系统3。

在系统电源usa、usb、usc与三相输出电抗器La、Lb、Lc之间连接有系统电压互感器4，系统电压互感器4的输出端连接到控制系统3的系统电压采样端口；

在输出电抗器La、Lb、Lc与三相全桥逆变单元1之间穿有输出电流互感器6，输出电流互感器6的输出端连接到控制系统3的输出电流采样端口；

在三相全桥逆变单元1直流侧的每一组电容上连接有直流电压互感器8，直流电压互感器8的输出端连接到控制系统3的直流电压采样端口；

控制系统3的PWM脉冲输出信号端口直接连接到绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动电路7；另外在负载侧穿接负载电流互感器5，互感器的输出端连接到控制系统3的负载电流采样端口。

图2为本实用新型中RCD吸收电路。RCD吸收电路包括组成三相全桥电路一相的上下桥臂的IGBT1和IGBT2，与IGBT1并联的滤波电容C1和二极管D1，C1与D1串联，与IGBT2并联的滤波电容C2和二极管D2，C2与D2串联，与IGBT2负极和C1、D1中间连接的滤波电阻R1，与IGBT1正极和C2、D2中间连接的滤波电阻R2，与IGBT1正极和IGBT2负极连接的直流侧电容Ca和Cb，Ca和Cb串联。

控制系统包括系统电压采样端口、负载电流采样端口、输出电流采样端口、直流电压采样口、ARM采样芯片AD、DSP采样芯片AD、ARM、DSP，系统电压采样端口、负载电流采样端口、输出电流采样端口、直流电压采样口通过调理电路将采样信号汇总到采样数据总线、ARM采样芯片AD、DSP采样芯片AD分别与采样数据总线相连，并将采样数据分别传送给ARM控制芯片和DSP控制芯片、通讯端口通过通讯信号线与ARM控制芯片相连、IO控制端口通过IO控制信号线与DSP控制芯片相连、ARM控制芯片与DSP控制芯片之间通过通讯信号线相连。

本实用新型公开了一种基于RCD吸收电路的电力有源滤波器，针对IGBT的开关尖峰电压高、损耗大等问题，在RCD吸收电路的基础上进行了优化。改善了IGBT的开关电压波形，稳定了IGBT的开关曲线，降低了设备的整体损耗，形成了采样速度快、控制精度高、总体损耗小、系统稳定的电力有源滤波器。

本实用新型并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本实用新型的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。