魏力 杜晓风 朱修敏 马黎 兰森林
四川省成都市西华大学电气与电子信息学院 610039
摘要：研究了一种基于空间矢量脉冲调制的电压型PWM整流器的控制策略。利用双闭环控制和空间矢量PWM脉冲调制，使得三相桥式电压型PWM整流器达到了电流谐波含量少、电压利用率高、电网电压电流同相位等优点。在实现功率因数校正后分析了电流谐波含量与开关频率之间的关系，以及高功率因数校正和所带负载间的关系。
关键字：功率因数校正；双闭环控制；空间矢量脉宽调制
1 引言
大量的电力电子器件的运用给现代的生活带来了极大的便利，但是未经过功率因数校正的电力电子器件会对电网造成很严重的谐波污染，会导致输电线路、变压器损耗增加，电动机转速不稳等等。 本文针对三相两电平电压型PWM变换器采用前馈解耦控制和空间矢量的调制方法。经过电压电流双闭环控制能够实现三相高功率因数校正，且具有结构简单，能量双向流动的特点。在PWM控制技术中，空间矢量PWM是一种抑制谐波综合效果最好的PWM方式。
2 三相电压型PWM可逆整流器的建模
图1为电压型PWM可逆整流器主电路的拓扑结构。输入侧接入的是三相对称的交流电，L为滤波电感、R为线路电阻、S1~S6为可控开关管、C为直流侧大电容，RL为负载。整流器的状态方程为式（1），前三个方程利用基尔霍夫电压电流定律分别以ABC相单独列写，第四个方程表示直流侧的电流情况。在中大功率场合，三相六开关桥式电路是一种较适合的PWM整流器拓扑，该电路为电压型升压变换器，每一桥臂都有两个全控型开关管，控制自由度较高，且具有网侧单位功率因数、电流THD值较小和变换器能量双向流动的特点。
3 双闭环控制原理及其实现
本次运用双环前馈解耦控制。双闭环控制是电压外环控制实现输出稳恒直流，电压外环控制后的输出值是电流内环d轴电流的的参考电压。电流内环控制实现电流跟随电压的变化。通过前馈解耦控制得到控制信号，再用此控制信号通过坐标变换和SVPWM模块，产生六个开关管的控制脉冲。从而达到有源功率因数校正的目的。设分别为三相三线PWM整流器的桥臂侧的开关函数，则有表示桥臂上管道通、下管关断，表示桥臂下管导通、上管关断。则双闭环控制整流器控制原理如图2
4 空间矢量调制
本文中把电网侧三相对称的电压看成一个旋转的电压矢量Ue在ABC坐标系上的投影，此旋转电压矢量的长度为相电压的幅值，角速度为w。整流桥6个可控管开关的不同组合可以得到6个非零向量和两个零向量，在一个PWM周期内Uref可由相邻的两个向量合成，如图3。在一个工频周期内Uref是与Ue同角速度的旋转向量，当它们间的夹角为某个特殊的角度时就会达到交流侧功率因数校正的目的。
5 仿真结果及分析
在MATLAB/SIMULINK中进行仿真，输入侧电压有效值为220V，电感L=15mH，开关频率fs=5kHz，直流侧电压Udc=600V，负载R=60Ω，输出功率P=6kw，电容C=2400uf。可以得到，从初始到稳态时直流侧输出电压波形Udc和交流侧a相电压电流波形如图4、图5所示。如图6，A相交流侧电流的THD为2.22%，可知交流侧谐波范围在容许的范围。
6 结论
在电压型PWM可逆整流器上使用SVPWM脉宽调制技术和双环控制策略可以让电流相位无差的跟踪电压相位，并且输入侧电流的THD很小且具有很高的功率因数。三相PWM整流器因其本身的能量双向流动的可控性，其应用也会越来越广泛。
参考文献
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论文作者:魏力 杜晓风 朱修敏 马黎 兰森林
论文发表刊物:《探索科学》2016年4期
论文发表时间:2016/8/30
标签：电压论文; 整流器论文; 功率因数论文; 电流论文; 矢量论文; 闭环论文; 变换器论文; 《探索科学》2016年4期论文;