一种大容量igbt整流器控制技术

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1、一种大容量IGBT整流器控制技术1引言随着现代微电子、功率元件、计算机的发展，整流器结构及其控制技术也得到了迅猛的进步。从二极管整流、可控硅整流，再到大容量igbt整流器，各种整流器都得到实际的应用。针对不同的技术需求，选择不同的整流结构，同时采纳了各种先进的控制技术。因此基于功率元件的通流能力和耐压水平，选择某种结构的整流器在传动系统中至关重要;而其软件控制技术也保障了传动设备在现场安全运行。2大容量igbt整流器在大型冷轧厂的应用某冷轧厂主轧机五机架，主马达功率最大为5750k７w。包括卷曲机在内，总共采用了6套大容量传动系统。在大容量传动系统中，采用日立矢量变频调速控制系统，其中整流

2、器和逆变器功率元件均采用三菱3.3kv/1.2ka规格的igbt。每台整流器采用独立直流母线给逆变器供电，而中容量和小容量传动系统则采用公共直流母线。在整流器中采用pwm控制方式以及igbt功率元件，一方面其高功率因数节省电能的同时，另一方面能够减少谐波，因此省去部分svc装置。这套变频装置具有输出电压谐波小，功率因数高，调速精度高，系统动态特性好等诸多优点。同时由于全数字控制方式，整套系统在工艺调整、日常维护等方面简洁方便并能准确查找故障。3igbt整流器控制原理igbt整流器一方面用来将电网电压整流成直流电压送往逆变器;同时也可以将反向制动产生的能量通过igbt逆变成网侧频率电压送往电

3、网。在igbt模块中，与igbt元件还并联一个二极管。此二极管在逆变器中常作续流二极管，将马达反向制动过程的机械能量反馈回逆变输入侧。而在igbt整流器中，整流过程主要是依靠二极管进行全波整流，并不是依靠igbt进行整流，也不进行调压，调频调压主要由逆变器实现;igbt元件的功能主要体现在提高功率因数为1，同时将系统回馈能量逆变成工频电压反馈回电网,如图1所示。图1７大容量igbt整流器主回路3.1日立变频器三电平pwm控制技术整流器采用三电平系统整流电路，它将输出直流电压为edc通过钳位二极管分为+edc/2、0和-edc/2三电平。采用三电平系统，可以有效的降低每个igbt承受的压降，

4、从而提高整流器容量。在三电平控制系统中，门极指令逻辑见表1。图2为整流器的控制信号和波形示意图。通过双极性载波信号与一同步交流电压比较，输出门极控制脉宽调制信号，按照表1的指令逻辑，来控制igbt的导通[1]。表1igbt控制指令逻辑 图2igbt控制指令及波形五机架中大马达额定电压达1750v，额定电流可达1553a。这么高的电压和大电流，如果采用高频载波频率，igbt发热量也较高，对igbt装置的损伤就较大。为了减少igbt的发热量以延长使用寿命，为此载波频率采用相对较低至600hz。但是这种控制方式带来的结果可能会使输出的电压波形失真较高，影响控制精度等问题。为解决这个问题，采用预见

5、性pwm控制技术，即先预测采用600hz频率的载波频率会给输出pwm波带来多少误差，然后通过控制回路输出的pwm波形对其进行补偿，使输出的电压波形更接近正弦波[1]。3.2输出电压控制结构[1]图3整流器数字控制系统框架图图3为整流器数字控制系统框架图，其所含基本结构如下:(1)７自动电压调节器(avr)avr控制可以在负载或电网波动时，通过反馈电压和和指令电压进行比较控制，保证输出直流电压与指令一致。avr采用比例积分pi环节，avr的输出作为整流器矢量控制中有功电流的给定。(2)负荷补偿整流装置采用负荷补偿环节，当负荷变化引起直流电压波动时，该环节通过反馈到输入环节可以减小该波动。负荷

6、补偿计算逆变器侧功率的消耗变换，将功率波动计算结果作为整流器控制输入的一部分，改变有功电流的给定，减少直流电压的变化。(3)同步电源与pwm同步电源通过将网侧电源变压后得到;同步电源与高频载波信号通过比较结构产生pwm。由于该系统为数字系统，在pwm的产生过程中，考虑到高功率因数的控制，采用了矢量控制技术，将网侧无功控制为0。3.3谐波控制技术pwm变频器输出波形以接近正弦为目的，但是其输出电压中不可避免存在着谐波。对于制动能量反馈回电网的波形中也一样存在。产生谐波的主要原因是:（1)在工程应用中，对pwm波形的生成往往采用规则采样法或者专用集成电路器件，并不能保证脉宽调制序列波的波形面积

7、与各段正弦波面积相等;(2)７在实现控制时，为了防止逆变器同一桥臂上、下两器件的同时导通而导致直流侧短路，设置了一个导通时滞环节，这些因素不可避免的造成输出波形有所失真[2][3]。对pwm波形作傅氏级数分析，可求得其k次谐波相电压幅值的表达式为:其中:us—变频器直流电压;αi—以相位角表示的第i个脉冲起始/终了时刻;m—同步电压半个周期内pwm脉冲波的个数。从上述公式可以看出，pwm整流器所带来高次谐波的数量与载波的