1、歡迎訪問Freekaoyan論文站三相變流器四開關(guān)和電壓不平衡情況下的分析與仿真歡迎訪問Freekaoyan論文站歡迎訪問Freekaoyan論文站摘 要：本文推導了三相變流器在旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，在此基礎(chǔ)上，又進一步分析了三相四開關(guān)工作模式的數(shù)學模型和三相電壓不平衡時的控制方法，本文提出了采用負載電流前饋的方法以加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，并給出了相應(yīng)的仿真結(jié)果 關(guān)鍵詞：三相變流器 四開關(guān) 前饋控制 功率因數(shù) Abstract：In this paper, a mathematical model of three-phase voltage source converter was first

2、 derived in the stationary and synchronous reference frames. Secondly, modeled the three-phase four-active-switch voltage source converter and the control law to handle the effect of unbalanced input voltage was analyzed. Then, a load current feed-forward control was used to improve the transient pe

3、rformance of three-phase voltage source converter. Finally, the simulation results were given. Key words: three-phase voltage source converter four-active-switch feed-forward control power factor 1 引 言 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，AC/DC變流器在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。全控型高頻PWM變流器具有輸出直流紋波小，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高甚至可調(diào)，以及能量可以雙向流動的特點而得到人們的重視，成為研究的熱點。從控

4、制方式上看，PWM變流器通常可以分為直接電流控制123和間接電流控制45。直接電流控制的優(yōu)點是動態(tài)響應(yīng)好，但是需要頻帶比較寬的電流傳感器。間接電流控制動態(tài)響應(yīng)慢，而且會有直流分量。本文在dq變換的基礎(chǔ)上，得到了電壓型三相變流器的開環(huán)數(shù)學模型。在不使用電流傳感器的情況下，使PWM變流器仍可工作在單位功率因數(shù)下。然后又分析了在四開關(guān)模式下的工作情況和三相電壓不平衡時的工作情況，并給出了相應(yīng)的仿真結(jié)果。2 數(shù)學模型 圖1 三相變流器主電路拓撲 首先假定三相電壓平衡，可以得到一般數(shù)學模型 （1） （2） （3） 為整流橋和電感的等效阻抗 （4） k=1,2,3 （5）占空比與調(diào)制函數(shù)的關(guān)系是 （6）

5、首先定義三個空間矢量（7）其中，（8）將式（7）（8）代入三相變流器的數(shù)學模型中,可以求出 （9）可以看出，按照上式進行調(diào)制， 就可以自動的被控制，而不用電流傳感器。3 四開關(guān)SPWM技術(shù) 傳統(tǒng)的全橋整流器在其中一個橋臂出現(xiàn)故障時，并不能正常的工作，為了加強系統(tǒng)的魯棒性，使用四開關(guān)的工作模式6。當某一個橋臂發(fā)生故障時，封鎖這個橋臂的門極觸發(fā)信號，然后把該橋臂的跳線聯(lián)結(jié)到兩個電容中間，這樣只剩下四個開關(guān)被控制。為了便于說明，假設(shè)第三相橋臂出現(xiàn)故障，它的電路拓撲如圖2所示。 圖2 四開關(guān)模式電路拓撲 從電路拓撲上可以得到它的數(shù)學模型 （10） （11） （12） （13） （14） 從數(shù)學模型中得

6、出穩(wěn)態(tài)解 （15） （16） (17) 這樣，不用電流傳感器也可以自動的控制電流，并且可以保證輸出電壓的恒定和系統(tǒng)的功率因數(shù)可調(diào)。這無疑增加了系統(tǒng)的魯棒性。當其它橋臂故障時，推導方法類似。 4 電壓不平衡時的調(diào)制方法 電壓不平衡是整流器經(jīng)常遇到的工作情況，當三相電壓不平衡時，可以將其分解為正序分量和負序分量7。 假設(shè)三相不平衡電壓為 （18） 將上式dq分解 （19） （20） （21） （22） 假設(shè)三相不平衡電流為 （23） 把上式分解 （24） (25) （26） （27） 與第一部分的推導方法類似，可以得出三相電壓不平衡時的調(diào)制函數(shù)與輸出電壓的穩(wěn)態(tài)解。 （28） （29） （30） （

7、31） （32） （33） 考慮到一般情況下，相角的波動很小，并且系統(tǒng)一般都工作在單位功率因數(shù)下，有 （34） （35） （36） 期望得到純直流電壓，因此 令 ，得 （37） （38） （39） 這樣只要已知三相電壓的峰值和PI調(diào)節(jié)器的輸出電流，就可以得出工作在單位功率因數(shù)下的調(diào)制函數(shù)。在這種情況下，盡管三相電壓不平衡，仍可以使系統(tǒng)工作在單位功率因數(shù)下。 5 仿真波形 在仿真中，使用負載電流前饋控制以減少負載擾動，加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度8。 仿真參數(shù)如下： 電壓不平衡時的參數(shù)為 負載前饋比例系數(shù)K=6.6 PI調(diào)節(jié)器為 。 仿真波形如圖所示 圖3 四開關(guān)工作模式下 與 (50V/div) 如

8、圖所示，直流輸出電壓穩(wěn)定，輸入電壓和輸入電流保持同相位。 圖4 三相電壓不平衡時的 與 (50V/div) 如圖所示，直流輸出電壓穩(wěn)定，系統(tǒng)工作在單位功率因數(shù)情況下。 圖5 加入負載電流前饋時的負載擾動波形（50V/div） 如圖所示，當負載擾動時，在兩個工頻周期內(nèi)可以達到穩(wěn)定，并且沒有直流分量。 6 結(jié) 論 本文首先推導出三相變流器的數(shù)學模型，得出三相變流器正常工作情況下的調(diào)制函數(shù)。其次，推導出四開關(guān)模式的數(shù)學模型，得出四開關(guān)模式下的調(diào)制函數(shù)，使系統(tǒng)的魯棒性得以加強。在dq分解的基礎(chǔ)上，又推導出輸入電壓不平衡時的調(diào)制函數(shù)，使變流器在電壓不平衡時可以工作在單位功率因數(shù)下。以上三種工作模式，系統(tǒng)

9、都可以在不使用電流傳感器的情況下，達到正弦電流輸入，輸出電壓可調(diào)，功率因數(shù)可調(diào)，能量可以雙向流動的性能要求。最后，提出使用負載電流前饋的方法以加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。并給出以上幾種情況相應(yīng)的仿真波形。 參考文獻： 1 A.W.Green and J.T. Boys “Hysteries Current-Forced Three-Phase Voltage-Sourced Reversible Rectifier “ IEEE proc. Vol.136 Pt. B. No.3 112-120 May 1989. 2 Rusong Wu etc, “Analysis of a PWM ac to d

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