发布时间 : 星期二 文章三相PWM整流器研究 - 图文更新完毕开始阅读
PWM整流电路的单相等效电路如图1-3所示，其中us为交流电源电压。当us一定时，is的幅值和相位由uAB中基波分量的幅值及其与us的相位差决定。改变uAB中基波分量的幅值和相位，就可以使is与us同相位。图1-4给出了单相PWM整流电路的相量图，其中以Us表示电网电压，UAB表示PWM整流电路输出的交流电压，UL为连接电抗器Ls的电压，UR为电网内阻Rs的电压；在图1-4a)中，UAB滞后Us的相角为?，Is与Us的相位完全相同，电路工作在整路流状态，且功率因数为1。在图1-4b)中，UAB超前Us的相角为?，Is与Us的相位相反，电路工作在逆变状态。这说明PWM整流电路可以实现能量正反两个方向的流动，既可以运行在整流状态，从交流侧向直流侧输送能量；也可以运行在逆变状态，从直流侧向交流侧输送能量。而且这两种方式都可在单位功率因数下运行。
????????????
图1-4 PWM整流电路两种运行方式向量图
a）整流运行 b）逆变运行
图1-5 三相PWM整流电路
三相PWM整流电路主要结构如图1-5所示，其工作原理和单相PWM整流电路类
4
似。通过对电路进行SPWM控制，就可以在桥的交流输入端ABC产生一个正弦调制PWM波uA，uB，uC。，对各相电压按图1-4a)的向量图进行控制，就可使各相电流isA，
isB，isC为正弦波且和电压相位相同，功率因数为1。
1.2 三相电压型PWM整流器数学模型
系统模型是分析和设计三相电压型整流器的基础，从不同角度出发可以建立不同形式的系统模型，而且不同模型往往适合的控制方法也不尽相同。
1）在abc坐标系下的数学模型：所谓三相电压型整流器（VSR）在abc坐标系下的一般模型是根据三相VSR拓扑结构，在三相abc静止坐标系中，利用电路基本定律对其建立的一般数学描述。
针对三相VSR一般数学模型的建立，通常作以下假设： （1）电网电动势韦三相平稳的纯正弦波电动势； （2）网侧滤波电感L是线性的，而且不考虑饱和；
（3）开关器件为理想开关，没有过渡过程，其通断状态由开关函数描述； （4）开关频率远大于电网频率。 定义单极性二值逻辑开关函数为：
断?1上桥臂导通，下桥臂关sk??（k?a,b,c）通?0上桥臂关断，下桥臂导利用开关函数模型得到三相VSR在abc坐标系下的一般数学模型为
(1?2)
vdc?diaL?Ri?e?(vs?sk)?aadca?dt3k?a,b,c??Ldib?Ri?e?(vs?vdc?sk)bbdcb?dt3k?a,b,c??Ldic?Ric?ec?(vdcsc?vdc?sk)?dt3k?a,b,c?dvCdc?iasa?ibsb?icsc?iL?dt?(1.2)
2）在dq坐标系下的数学模型：虽然VSR在abc坐标系下一般数学模型具有物理意义清晰、直观等特点，但是在这种模型中，VSR交流侧均具有一定频率、幅值和相角的正弦时变交流量。一般的VSR采用电压电流双闭环控制，当电流内环采用PI调节器时，三相静止坐标系中的PI调节器无法实现电流无静差控制。通过坐标变换将三相abc静止坐标系转换成以电网基波频率同步旋转的dq坐标系。通过这样的变换，静止坐标系中的基波正弦量将转化成同步旋转坐标系中的直流量，对直流给定PI调节器则可以实现无静差控制，从而提高稳态电流控制精度。而且旋转坐标系中存在有功电流和无功电流的解耦，有利于实现VSR的控制。三相VSR在
5
两相dq同步旋转坐标系下的数学模型为
?did?Ldt??Liq?Rid?ed?vdcsd?di?q??Lid?Riq?eq?vdcsd?Ldt??Cdvdc?3(is?is)?iddqqL?dt2?(1?4)
6
2 三相VSR控制策略及控制系统设计
2.1 VSR的电流控制方法
VSR的工作原理分析表明，当其正常工作时，能在稳定直流侧电压的同时，实现网侧正弦波形电流控制。另一方面，当VSR应用于注入有源电力滤波器等领域时，其网测电流的控制性能决定了系统性能指标的优劣。因此，VSR的电流控制策略是十分重要的。
2.1.1 间接电流控制和直接电流控制的比较
为了使PWM整流电路在工作时功率因数近似为1，即要求输入电流为正弦波且和电源电压同相位，可以有多种控制方法，根据有没有引入电流反馈可以将这些控制方法分为两种，没有引入交流电流反馈的称为间接电流控制，引入交流电流反馈的称为直接电流控制。
间接电流控制也称为相位和幅值控制，其实质是，通过PWM控制，在VSR桥路交流侧生成幅值、相位受控的正弦PWM电压。该PWM电压与电网电动势共同作用于VSR交流侧，并在VSR交流侧形成正弦基波电流，而谐波电流则由VSR交流侧电感滤除。由于这种VSR电流控制方案通过直接控制VSR交流侧电压进而达到控制VSR交流侧电流的目的，因而是一种间接电流控制方式。这种间接电流控制由于无需设置交流电流传感器以构成电流闭环控制，因而是一种VSR简单控制方案。间接电流控制的优点在于控制简单，一般无需电流反馈控制。另外，间接电流控制还可分为稳态间接电流控制和动态间接电流控制。间接电流控制的主要问题在于，VSR电流动态响应不够快，甚至交流侧电流中含有直流分量，且对系统参数波动较敏感，因而常适合于对VSR动态响应要求不高且控制结构要求简单的应用场合。
相对于间接电流控制，直接电流控制以快速电流反馈控制为特征。在这种控制方法中，通过运算求出交流输入电流指令值，再引入交流电流反馈，通过对交流电流的直接控制而使其跟踪指令电流值。这种直接电流控制与间接电流控制在结构上的主要差别在于：前者具有网侧电流闭环控制，而后者则无网侧电流闭环控制。由于采用网侧电流闭环控制，使VSR网侧电流动、静态性能得到了提高，同时也使网侧电流控制对系统参数不敏感，从而增强了电流控制系统的鲁棒性。直接电流控制可以获得较高品质的电流响应，但控制结构和算法较间接电流控制复杂。
直接电流控制中有不同的电流跟踪控制方法，常用的有：固定开关频率PWM电流控制、滞环PWM电流控制、空间矢量PWM电流控制等，这些电流控制方案各有其
7