基于零矢量控制的单位功率因数单相输入系统

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1、中南大学信息与工程学院姓名：学号：课程：电力系统建模与仿真老师：基于零矢量控制的单位功率因数单相输入系统Jun-ichiItoh和KouetsuFujita摘要：本文提出两种新电路，实现了输入功率因数为1的单相转三相，负载为电机的变频电路。电源与电机的中性点相连，三相逆变器也被三相逆变器的零矢量控制成为AC/DC整流电路的一个虚拟桥臂。这两个电路的主要特点如下所示：l不需要感性元件。l与传统拓扑相比，开关器件数量大大减少。l由于整流器电流流经电机绕组，其电流增加。全桥电路能用与传统半桥电路一样的开关器件数量搭成，且不需要有中点的电容桥臂。本文

2、中，提出的全桥型电路用750W的感应电机作负载用实验测试过，达到本文提出的性能要求。关键词：大容量整流器，输入谐波，三相逆变器，零相序，零矢量1.简介实现单相到三相变换最简单的方式就是将一个AC/DC整流器接入一个三相逆变器。近来，我们研究对大容量AC/DC整流器降低谐波电流含量进行了研究。通常只有两种类型的AC/DC整流器能够将负载能量反馈给电源，一种就是所谓的全桥AC/DC整流器，它有四个开关器件，因此造价昂贵。全桥整流器的两个开关器件被两个电容取代后，就成为了半桥整流，它的主要优点就是便宜，因为减少了开关器件，但与全桥整流器相比，它的容

3、量增加了，这也是因为含有电压中性点的电容的取代。半桥和全桥整流器都需要一个输入电感，它的大小主要由系统决定的。传统的三相逆变器，由三个桥臂组成，每个桥臂有两个开关器件。然而，当问题是单相向三相的转变时，整流阶段与逆变阶段揉合在一起，这样导致了在无损其性能的情况下减少开关器件，来达到降低成本。其中一种方法是如图1和2所示。用半桥整流来代替全桥整流，三相逆变的一个桥臂用电容来代替，只需要六个开关器件，但会带来相对高的输出电流纹波，因为改变后的逆变器只能产生四个电压空间矢量。总之，开关器件必须能够承受两倍的输出线电压。本文提出了两个新电路，均能够减

4、少开关器件的数量，并保持一个稳定的输入因数。在这两个电路中，输入电源与负载的中性点相连。关键点在于通过控制逆变器的零向量把逆变器的桥臂当作AC/DC整流器的一个桥臂来使用。全桥类型的电路已经通过仿真并且用一个750W的感应电机作为负载测试过了。结果表明从输入功率因数和输入电流失真来说的整流器的效率。2.传统电路图1显示了一个传统的单相到三相电路电路，它由单相全桥AC/DC变换器和三相电路逆变器级联连接。这个电路的有五个桥臂，每一个由两个开关器件串联而成。电抗器与单相电源串联在一起，输入应用于全桥AC/DC变换器桥臂的中心点。电源电流控制是由全

5、桥AC/DC变换器正弦中央点，而电机的输入电压控制由脉冲宽度调制（PWM）inverter.这两个控制行动是独立的，一个大电容在直流环节脱钩插入。随着降低成本，全桥交流的目的/DC转换换器可以被替换为半桥如图2所示。然而，更便宜的解决方案在大容量电路中有一个缺点，这是由于带有电压中点的电容桥臂的存在引起的。在任何情况下，输入电抗器是必要的，这进一步增加了系统的规模。图3显示了传统的电路概念。AC/DC整流器的控制显然是区别于逆变器控制。3.新的电路A.新电路1——全桥类型三相逆变器有八种开关状态与八种输出电压空间矢量对应。特别地，存在两种矢量

6、为负载产生零线电压，与之相对应的是输出电压空间矢量称之为零矢量。当然，这种两个零矢量就产生的线电压的效果来说是等效的，但是产生的电压是不同的，即负载星形连结中点与DC环节的电压中点之间的电压。可由下式得出：当所有的上桥臂全打开时；当所有的下桥臂全打开时；上式中的就是DC环节的电压。因此，负载中点电压能够通过正确地运用零矢量来控制。本文中，通过控制逆变器的零矢量，逆变器的桥臂有一个额外的功能—作为AC/DC整流器的虚拟桥臂。图4显示了新的单相到三相电路的变换电路。这个电路由一个电机，一个三相逆变器和一个额外的桥臂组成，有如图1和2中所示的AC/

7、DC整流器的功能。电源直接与电机的中性点相连。这样做，输入电抗器就多余了，因为它被电机的漏感所取代了。由于电源直接与负载相连，电源的输入电流与输出电压的控制动作就不再是独立的了。逆变器与AC/DC整流器如图5所示耦合在一起了。假设负载对称，电机的相电流，，，如下所示：（1）式中，，，指传统电机模型中的电流指电源电流它可能指出了电源电流怎么是一个零电流。在合理地假设电机U-V-W三相定子对称的分析过程中，零电流流进定子中并不会产生电磁转矩，因此可能会被视为铜损耗的相对增加作为其它一些优点的补偿，比如：造价和尺寸的减少。图6的a和b分别显示了正序

8、和零序的新拓扑图的等价电路。在正序电路中，电源电压并没有出现，因为它是一个零序电压，它的等价电路与传统逆变器的拓扑是一样的。当虑及零序，电机就相当一个简单的电抗器（