三相高功率因数电压型PWM整流器的研究.pdf

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1、中国西部科技2014年2月第13卷第02期总第295期63三相高功率因数电压型PWM整流器的研究康鹏飞(京唐港首钢码头有限公司，河北唐山063611)摘要：随着电网谐波污染问题日益严重和人们对高性能电力传动技术的需要，PWM整流技术引起人们越来越多的注意，本文首先分析了PwM整流器的拓扑结构，介绍了电压型PwM整流器的原理，对三相电压型PwM整理器换流方式进行了分析，建立了三相电压型PwM整流器的数学模型，介绍了整流器的几种电流控制，用PSCAD仿真软件对结果进行了仿真分析关键词：PWM整流器；双闭环控制；PSCAD仿真D0l：

2、10．3969／j．issn．1671—6396．2014．02．028许多电力电子装置的功率因素很低，给电网带来额外负三相PWM调制时，常使用图所示的空间矢量描述三相桥的开关状态。如果用⋯1’表示某相上桥臂导通，下桥臂关断，担并影响供电质量。谐波电压和谐波电流产生的危害可以概用“0”表示某相下桥臂导通，上桥臂关断，则组合起来有8述为热过载，使电子设备运行中断以及对介质的影响。种开关状态(000—1l1)，其中(o01一l10)为6个非零矢量，传统的整流电路一般采用不控整流，输出用大电容滤(ooo)、(111)为两个零矢量，开关

3、状态(1oo)表示a波，这种电路的优点是结构简单，不需要控制电路，并且具相上桥臂导通，b、C两相下桥臂导通。有很高的可靠性。但它存在很大的问题：即使负载为纯电阻，由于滤波电容的使用，使得输入端电流为一个幅值很大的脉冲电流，虽然其输入电流的基波分量相位与电网电压相位大体相同，但其输入电流的谐波分量却很大，因而功率因数很低。研究表明，直流侧采用电容滤波的单相不控整流中，输入电流的THD高达100％，三相不控整流的THD高达60％。这些谐波会对电网及周围的用电设备造成不良影响。1PW整流器主电路拓扑结构图2三相PWM主电路PWM整流器

4、的主电路拓扑结构进十几年来没有重大突3三相电压型PW整流器的数学模型破，主电路设计的基本原则是在保持系统的基础上，尽量简建立整流器的数学模型使深入研究可逆整流器特性和化电路拓扑结构，减少开关元件数，降低总成本，提高系统实现其控制的重要步骤。本节建立了三相电压型PWM可逆的可靠性。整流器在ABC坐标系以及a坐标系、da坐标系的数学模电压型PWM整流器主电路拓扑：电压型PWM整流器型，为本文其他章节的理论分析、仿真研究和实际系统设计主电路拓扑结构单相全桥PVVM整流器主电路结构如图1所奠定了理论基础和分析依据。示，通过开关v1~、，

5、4进行PWM控制，就可在桥的交流输3．1ABC坐标系下的数学模型入端产生正弦调制PW-M波Ⅳ，UAN中不含低次谐波成分，在图2所示的三相PWM整流器主电路中，假设只含有和被调正弦信号波同频率月幅值成比例的基波分量(1)电网电压三相对称且稳定；以及与三角载波有关的高频谐波。由于电感厶的滤波作用，(2)开关器件为理想开关，没有过渡过程，其通断状态高次谐波只会使交流电流fⅣ产生很小的脉动，在理想情况由开关函数描述；下，当被调正弦信号波的频率和电源频率相同时，fⅣ是与电(3)电阻、和反电势串联等效直流侧负载；源同频率的正弦波，对中基波分

6、量的幅值和相位进行控开关函数表达式定义为：制，可以达到使交流侧电流波形正弦化且功率因数接近l的=l(b，c)一(目的。0，肼目下桥臂导通，上桥臂关断则与图对应的三相电压型PW-M可逆整流器的开关等效电路如图3所示。—[]-_JIlI显然，在上图中，当a相上桥臂导通，下桥臂关断时，开关函数＆=1，Ud；当a相下桥臂导通，上桥臂关断时，开关函数=0，UA~=0。因此，A点与参考点N间的电_JJ_JT4f压为：图1电压型PWM整流器主电路拓扑图UAN=S．Ua——(式2)2三相电压型PW整流器的工作原理同理可得：UBN=Sbud，Uc

7、N=S~——(式3)三相电压型PWM整流器的主电路如图2所示。在讨论电气工程d-q变换系中，即sinOlib／．0咖e通过上述两次坐标变换，得出同步旋转坐标系下PWM整流器的方程：￡j一+Rj一+l璺l3三相PWM司逆整流器的开关电路其中‰、Uc分别为三相电源电压，输入电流，桥对于三相系统，正常工作时候，总有三个功率器件导通，中点电压变换为d-q坐标系下的值。若三相电源电压为对称且只有八种开关模式，则有：电压，则电压通过坐标变换后为直流量，其值为+S+(+)。SS+SSS+(f+f。)S+(f+f)SS+(f。+f+f)‘Sr。

8、++f，——(式4)Uq=O取电感电流和电容电压为状态量：代入得到在d-q坐标系下的控制电压方程：一dio+R一+w+=一(”)。等+R=一()一L一一由上式可以看出，两相电流之间存在耦合，为了消除两警f(1=c+相之间的耦合，采用电流解耦控制，设计的电流控制器