（電力電子與電力傳動專業(yè)論文）高功率因數(shù)整流器的研究.pdfVIP

a b s t r a c t r e c e n t l y h a r m o n i cp o l l u t i o nh a sb e e ng r a d u a l l ys e r i o u st op o w e rs y s t e md u et o i n c r e a s i n ga p p l i c a t i o no fp o w e re l e c t r o n i ce q u i p m e n t s c o n s e q u e n t l y h a r m o n i c d i s t u r b a n c eh a sb e e no n eo ft h em a i nd i f f i c u l tq u e s t i o n s t h i sp a p e r a d o p t i n go n e a c t i v em e t h o d a n a l y z e sf l t r e e p h a s ep w mr e v e r s i b l er e c t i f i e ra f t e rm a k i n gd e e p l y r e s e a r c h t h es y s t e mc a na c h i e v eg o o di n p u tp e r f o r m a n c e u p p e rp o w e rf a c t o ra n d b i d i r e c t i o n a le n e r g yf l o w a f t e rc l a s s i l y i n ga n ds u m m a r i z i n gt h ep w m t h ea r t i c l e b a s e do np r o f o u n d d i s c u s s i o n e s t a b l i s h e sv a r i o u sm o d e l sm a d ei na b c dpa n dd qc o o r d i n a t e s f o r r e c t i f i e rb ys p a c ev e c t o rp w m i ta l s om a k e so n ee q u i v a l e n ts t r u c t u r ef o rt h er e c t i f i e r a n dd e s i g n sav o l t a g e c u r r e n tc l o s e dl o o p a tt h es a l t l et i m e t h ep a p e r b yt h eh e l po f s i m u l a t i o ns y s t e m m a k e sp a r t i c u l a rc o m p a r e si nt h ev o l t a g em a dc u r r e n tc u r v e s b e t w e e n a d a p t i n gt h ec o m m o nm e t h o da n d t h en e ww a y g o o de x c i t a t i o nc o n t r o ls y s t e m sn o to n l yp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei nt h es t a b i l i t y o fp o w e rs y s t e mb u ta l s oc a ni m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fg e n e r a t o r sa n dp o w e r s y s t e mt h i sd i s s e r t a t i o na p p l i e st h eh i g hp o w e rf a c t o rr e c t i f i e rt o t h eg e n e r a t o r e x c i t a t i o ns y s t e m u n l i k ec o n t r o l l a b l es i l i c o ns y s t e m i tc a no b t a i nl o wh a r m o n i c c o n t e n t si nt h ev o l t a g ea n dc u r r e n t a n dd e c r e a s et h ea d d i t i o n a lw a s t a g ea n da d d i t i o n a l t e m p e r a t u r ec h a n g e f i n a l l y t h et h e s i s a c c o r d i a gt o t h el a b o r a t o r yc o n d i t i o n a n a l y s e st h e c o n t r o l l a b l ec i r c u i t d r i v a b l ec i r c u i tv i a8 0 c 1 9 6 m cs i n g l ec h i p a n dp r e s e n t ss o m e a d v e r t e n tq u e s t i o n s k e yw o r d s h a r m o n i cw a v e p w mc o n t r o l h i 曲p o w e rf a c t o rr e c t i f i e r m a t l a bs i m u l a t i o n e x c i t a t i o ns y s t e m 8 0 c 1 9 6 m cs i n g l e c h i p 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的 研究成果 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得一盤盜盤鱟或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證 書而使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中 作了明確的說明并表示了謝意 學(xué)位論文作者簽名徐壤 i 簽字同期 塒年況月心日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解盤盜盤鱟有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 特授權(quán)叁盜盤塋可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢 索 并采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存 匯編以供查閱和借閱 同意學(xué)校 向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明 學(xué)位論文作者簽名 簽字p i 期 河年 導(dǎo)師簽名 簽字日期 麟?yún)?知 f 革天區(qū) a辛朔給加 天律大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 1 課題的提出 1 1 1 電力諧波 第一章緒論 電力系統(tǒng)中 理論上認(rèn)為電壓和電流波形是工頻正弦波 即電壓和頻率是恒 定的 然而在實際的電力系統(tǒng)中 由于負(fù)載的動態(tài)變化和電路的非線性特點 它 們的波形不可能一直恒定 存在不同程度的畸變 閃變 近年來伴隨經(jīng)濟(jì)的迅速 發(fā)展 電力電子技術(shù)應(yīng)用于各個部門 如電氣化鐵道部門采用的大功率整流器 煉鋼廠的電弧爐 電熱熔煉 大功率熱處理器 電力機(jī)車等 它們的使用推動了 社會的發(fā)展 但是帶來了很大的諧波隱患 對電力設(shè)備 電力用戶和通信線路等 產(chǎn)生各種危害 目前的主要諧波源是相控整流器和逆變器 按照它們產(chǎn)生的諧 波特性可分為三組 1 大容量換流器 主要用于高壓直流輸電和冶金工業(yè) 2 中等容量換流器 主要用于制造業(yè)和鐵路運輸 3 單相供電的小型整流器 如電視機(jī) 充電器等 2 在i e e e 標(biāo)準(zhǔn)中 諧波定義為 一個周期波或量的正弦分量 其頻率為基波 的整數(shù)倍 根據(jù)該定義我們又稱諧波為高次諧波 同時還表明 1 諧波次數(shù)h 必須是大于1 的正整數(shù) 例如我國電力系統(tǒng)的額定頻率為5 0 h z 則基波為5 0 h z 2 次諧波為1 0 0 h z 有些國家電力系統(tǒng)的基波為6 0 h z 諧波頻率類 推 自不能為非整數(shù) 所以通常不包含非整數(shù)次諧波 2 諧波要和暫態(tài)現(xiàn)象加以區(qū)別 即諧波的波形保持不變 而暫態(tài)現(xiàn)象每周 的波形發(fā)生變化 在實際電力系統(tǒng)中負(fù)荷是變動的 它將會影響系統(tǒng)中諧波含量 但是只要分析的現(xiàn)象或情況持續(xù)適當(dāng)時間或周期 就可以用傅立葉級數(shù)處理 3 次諧波 分?jǐn)?shù)諧波和間諧波 次諧波 s u bh a r m o n i c s 為頻率低于工頻 基波頻率的分量 分?jǐn)?shù)諧波 f r a c t i o n a l h a r m o n i c s 指頻率為非基波頻率整數(shù)倍 分量 間諧波是指頻率不是工頻 5 0 h z 或6 0 h z 整數(shù)倍諧波分量 即介于工頻 諧波之問的傅立葉頻譜分量 矗 形 6 f 該諧波主要來源于靜態(tài)變頻器 換流器 感應(yīng)電動機(jī) 電焊機(jī) 電弧爐等 它允許總畸變系數(shù)小于整數(shù)次諧波 3 大津大學(xué)碩十學(xué)位論文 第一章緒論 針對目前的現(xiàn)狀 世界許多匡 家先后制定出相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)和國家地區(qū)標(biāo) 準(zhǔn) 來限制諧波和保證電力系統(tǒng)的安全運行 世界各個國家對諧波問題引起一定 的重視 投入相當(dāng)?shù)奈锪拓斄M(jìn)行探索 定期召開有關(guān)諧波問題學(xué)術(shù)研討會 國際電工委員會 i e c 和國際大電網(wǎng)會議等 通過這些會議 各國制定出供電 系統(tǒng) 各項電力和用電設(shè)備 家用電器在內(nèi)的諧波標(biāo)準(zhǔn) 并且把諧波干擾問題列 入到電磁兼容范圍內(nèi) 諧波畸變有兩個指標(biāo) 1 諧波含有率h r 即周期性交流量中第h 次諧波含量的方均根值與基波分 量的方均根值比值 百分?jǐn)?shù) 其中第h 次諧波電流含有率用h r i h 表示 電壓用 h r u h 表示 2 總諧波畸變率t h d 即周期性交流量中的方均根值與基波分量的方均根值 比值 用百分?jǐn)?shù)表示 電壓總諧波畸變率用t h d u 表示 電流用t h d i 表示 諧波電壓是諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生的 要控制電網(wǎng)的 諧波電壓 就必須限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流 方法如下 4 1 限制小容量變流器和交流調(diào)壓器的最大容量 2 考慮上 級電網(wǎng)的諧波電壓傳遞到下一級電網(wǎng)的諧波電壓后 將剩余諧 波電壓作為本級電網(wǎng)可分配給用戶指標(biāo) 在按照用戶占用電網(wǎng)供電功率份額計算 用戶注入電網(wǎng)的諧波電流 3 規(guī)定每一個用戶注入電網(wǎng)的諧波電流允許值 按照經(jīng)驗選取各次諧波電 壓含有率 按照用戶與電網(wǎng)公共連接點的基準(zhǔn)短路容量 進(jìn)行計算 4 根據(jù)用戶最大負(fù)荷電流和公共連接點的最大短路電流比值 確定用戶注 入電嘲的各次諧波電流的允許值 1 1 2 電力諧波的危害 諧波對電力系統(tǒng)正常運行造成很大的危害 嚴(yán)重污染電能質(zhì)量 影響到整個 電力系統(tǒng)電氣環(huán)境 包括系統(tǒng)本身和廣大用戶 如果諧波程度比較嚴(yán)重 可能污 染較大的范圍 比一個工廠對大氣造成的污染還要明顯 具體表現(xiàn)如下 1 對無功補(bǔ)償電容器組引起諧振或諧波電流放大 從而導(dǎo)致電容器由于過 載或者過壓而損壞 對電力電纜也會造成過負(fù)載或過電壓擊穿 國內(nèi)在許多電 力系統(tǒng)和用戶系統(tǒng)內(nèi)都發(fā)生過無功補(bǔ)償電容器組無法投入運行 大批電容器損壞 的事故 2 造成電能計量誤差 諧波使電壓 電流波形發(fā)生不同程度畸變 使得測 量儀器受到影響 產(chǎn)生測量誤差 許多諧波源從系統(tǒng)吸收基波有功功率 對系統(tǒng) 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 送出諧波功率 受害的用戶從系統(tǒng)吸收無用的諧波功率 造成產(chǎn)生諧波源的用戶 少付電費而受害用戶多付電費的不良后果 3 對旋轉(zhuǎn)電機(jī) 發(fā)電機(jī)和電動機(jī) 產(chǎn)生附加功率損耗 但諧波嚴(yán)重時 會 出現(xiàn)發(fā)熱 脈動轉(zhuǎn)矩和噪聲 同時機(jī)端會出現(xiàn)明顯的電壓畸變 對于異步電動機(jī) 轉(zhuǎn)子過熱會導(dǎo)致電壓畸變 同時電動機(jī)的漏抗隨著諧波頻率呈線性增加 脈動轉(zhuǎn) 矩是由空氣中的基波分量和轉(zhuǎn)子諧波分量相互作用而產(chǎn)生 6 4 大多數(shù)繼電保護(hù)裝置和自動裝置是按照工頻正弦波變化規(guī)律作為動作激 勵設(shè)計的 當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)較大的諧波污染時 這些裝置可能會發(fā)生誤動作 甚至 出現(xiàn)拒動 嚴(yán)重降低系統(tǒng)運行的安全性 5 影響斷路器和熔斷器工作 諧波影響斷路器短路容量 當(dāng)負(fù)荷電流畸變 時 在過零點可能出現(xiàn)很高的d i d t 斷路器此時開斷難度增加 造成開斷時間延 長而增加了故障電流切除時間 可造成快速重合閘后的再燃 熔斷器在發(fā)熱情況 下熔斷 對諧波過電流集膚發(fā)熱效應(yīng)反應(yīng)敏感 7 6 增加供電網(wǎng)和導(dǎo)線的損耗 如果發(fā)生諧振或放大現(xiàn)象 損耗將很嚴(yán)重 諧波電流在導(dǎo)線上的發(fā)熱比均方根電流造成的預(yù)期發(fā)熱還高 三相四線制的配電 網(wǎng)向單相負(fù)荷供電的時候 在中性導(dǎo)線上會流過3 次諧波電流 整流器中性線中 的電流可達(dá)相電流1 7 倍 可造成中線過負(fù)荷 7 對電子設(shè)備的干擾 諧波產(chǎn)生多個過零問題 破壞電子設(shè)備的運行 如 電子時鐘 電力電子電源使用波形的峰值以維持濾波電容器的全充電 諧波畸變 可提高或削平波峰的峰值 結(jié)果即使均方根值的輸入電壓為正常的 電力電源也 可能實際運行在高的或低的輸入電壓下 嚴(yán)重時可能破壞設(shè)備 8 影響變壓器正常工作 負(fù)荷電流中的諧波在變壓器中造成的損耗產(chǎn)生附 加發(fā)熱 降低負(fù)荷能力 另外 變壓器的電感與系統(tǒng)電容之間 可能在一定諧波 頻率時發(fā)生諧振和溫度周期變化 引起機(jī)械絕緣應(yīng)力和鐵芯振動 產(chǎn)生附加損耗 使其降低帶負(fù)荷能力 9 諧波過電壓引起絕緣介質(zhì)擊穿 輸電線路單相重合閘失敗 可能造成負(fù) 荷控制中的遙控 遙測 遙信出現(xiàn)異常 1 0 影響調(diào)速驅(qū)動器 a s d 它是使交流或直流電動機(jī)可變速運動的電子 變流器 在諧波影響下 該裝置容易發(fā)生誤動作而損壞 1 1 諧波會影響晶閘管換流設(shè)備控制系數(shù) 造成換相重疊角增加 電壓電流 畸變嚴(yán)重 甚至出現(xiàn)換相時候因為換相角太小而造成換相失敗 綜上所述 諧波對各種電力設(shè)備 通信設(shè)備和線路都會產(chǎn)生有害的影響 嚴(yán) 重時造成設(shè)備損害而出現(xiàn)不安全事故 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 1 3 電力諧波的抑制方法 在實際電路系統(tǒng)運行中 不可能完全消除諧波 為了保證電力系統(tǒng)安全運行 和電網(wǎng)中各種用電設(shè)備能可靠工作 保證電能質(zhì)量 我們必須采取必要的措施 對諧波進(jìn)行合適的抑制 目前諧波抑制比較成熟的技術(shù)是采用被動形式 負(fù)載本身不加以改變 而是 在電力系統(tǒng)或者諧波負(fù)載的交流側(cè)加裝無源濾波器 p f 有源濾波器 a p f 或者混合濾波器 h p f c 該方法對各種諧波源都是適用的 在被動形式下 l c 無源濾波器利用它對特定頻段諧波呈現(xiàn)低值阻抗的特性來抑制或減小諧波 方法簡單易行 但是具有如下缺點 1 同一l c 無源濾波器只能濾除固定頻率的諧波 如果要消除不同頻率的諧 波成分 只能增加濾波裝置 導(dǎo)致設(shè)備復(fù)雜 費用較高 2 無源濾波器有時和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振 導(dǎo)致諧波放大 甚至損害濾波器 和危及電網(wǎng) 有源濾波器最近發(fā)展也很迅速 它們對頻率和幅值變化的諧波進(jìn)行 跟蹤補(bǔ)償 取得一定的進(jìn)展 但是距離真正的實用階段還有一段時間 諧波抑制方法中更具潛力的是采用主動形式 它從諧波負(fù)載本身出發(fā) 對諧 波負(fù)載的接線方式 構(gòu)成原理 加工工藝和電力電子裝置本身進(jìn)行改造 使其不 產(chǎn)生諧波或者盡量減小諧波含量 同時通過一定的控制策略 讓輸入電壓和電流 同相位 即高功率因數(shù)變流器 可以獲得接近1 的功率因數(shù) b 本課題以高功率因數(shù)變流器為研究對象 開發(fā)新型高功率因數(shù)變流器 1 2 課題研究的意義 高功率因數(shù)變流器1 9 也稱有源功率因數(shù)校正器a p f c a c t i v e p o w e r f a c t o r c o n v e r t e r 它使整流器輸入電流及時跟蹤電壓的變化 兩者相位保持一致 目 前在單相領(lǐng)域應(yīng)用有了一定的基礎(chǔ) u n i t r d e s i l i c o n m o t o r a l a 等公司相繼推出 各種單相控制專用芯片 如u c 3 8 5 2 u c 3 8 5 5 等 它們應(yīng)用在中小功率領(lǐng)域時 具有成本低 效率高和性能好等特點 很好的滿足新諧波管理規(guī)定 取得了良好 的成效 然而在中大容量的應(yīng)用中 三相a c d c 交流器比單相情況復(fù)雜 諧波 情況繁多 對電網(wǎng)污染更大 當(dāng)前還沒有很好的解決方法 三相高功率因數(shù)變流器將會對電力公害 主要指諧波污染 的解決發(fā)揮巨大 作用 成為當(dāng)前國際電力電子學(xué)界研究的熱門課題 迄今為止 人們 邊努力探 索新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 同時不斷提高變流器穩(wěn)定性能和動態(tài)響應(yīng)特性 力求降低 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 成本和提高效率 本課題在充分吸收前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)p 對高功率因數(shù)變流器進(jìn)行全面的研 究 在不增加任何硬件開銷的同時 采用切實可行的控制策略 保證變流器工作 穩(wěn)定 實現(xiàn)能量的雙向流動 使輸入電壓和電流接近正弦波 同時相位基本一致 降低了電壓電流諧波含量 分析電壓和電流的動態(tài)變化情況 具有一定的理論價 值和適用意義 1 3 課題研究的內(nèi)容 本文以三相變流器為研究重點 由于p w m 技術(shù)在逆變器中獲得成功的應(yīng) 用 而在整流器中應(yīng)用較少 本文在參考大量文獻(xiàn)的同時 對p w m 控制的變流 器進(jìn)行了研究 其中以整流器為主 電流型p w m 整流器直接對各個開關(guān)器件進(jìn) 行正弦p w m 控制 使得輸入電流只含與開關(guān)頻率有關(guān)的高次諧波 而這些高次 諧波容易被濾除 在電壓型p w m 整流器中 需通過電抗器和電源相連 可采用 多種控制方法 獲得與電源電壓同相位 波形接近正弦波的輸入電流 在實際應(yīng)用中 電壓型整流器比較常見 論文咀p w m 電壓型整流器研究為 主 在充分總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上 論文包含以下工作 1 單相p w m 高功率因數(shù)整流電路工作原理研究和相應(yīng)數(shù)學(xué)模型的建立 2 二相電壓型p w m 高功率因數(shù)整流器控制策略的研究和分析 3 三榻p w m 高功率整流器仿真模型的建立和模擬分析 4 將p w m 高功率因數(shù)整流技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng) 代替原可控硅勵 磁系統(tǒng) 設(shè)計出基于該整流方式的電路拓?fù)浼翱刂扑惴?并作出仿真分析 5 分析p w m 整流器在不同坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型 采用雙閉環(huán)控制策略使同 步電機(jī)機(jī)端電壓和電流得到較好的控制 分析出調(diào)節(jié)器參數(shù)列勵磁系統(tǒng)的影響 6 p w m 高功率因數(shù)整流器的硬件試驗設(shè)計思路 1 4 本章小結(jié) 1 詳細(xì)敘述了電力諧波及其存在的危害 2 總結(jié)了諧波抑制的方法 提出課題的研究對象 3 概括出課題的任務(wù) 內(nèi)容和論文的結(jié)構(gòu) 3 概括出課題的任務(wù) 內(nèi)容和論文的結(jié)構(gòu) 大津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章p w m 控制技術(shù) 第二章p w m 控制技術(shù) 從第一章介紹 我們知道功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展 從開始的無功補(bǔ)償 到 隨后的諧波補(bǔ)償 發(fā)展到功率因數(shù)校正 目前功率因數(shù)校正的手段 從以前的無 源技術(shù)到現(xiàn)在有源技術(shù) 方式從起初的被動補(bǔ)償?shù)侥壳暗闹鲃痈脑?p w m 技術(shù) 隨著高功率開關(guān)器件的發(fā)展而得到了充分的利用 在我國三相電網(wǎng)的應(yīng)用中 三相整流電路的諧波污染危害比較大 為了適應(yīng) 電網(wǎng)發(fā)展的要求 可以采用電壓型三相橋式p w m 整流技術(shù) 對接流器進(jìn)行改造 采用該方法的整流器 具有輸入電流連續(xù) 諧波污染較小 e m i 不明顯 能獲得 高功率因數(shù) 同時可以實現(xiàn)功率的雙向流動 動態(tài)響應(yīng)比較迅速 是一種性能比 較良好的功率因數(shù)校正電路 下面分析p w m 整流技術(shù)工作原理和研究內(nèi)容 2 1p w m 控制技術(shù) p w m p u l s ew i d t hm o d u l a t i o n 脈寬調(diào)制技術(shù)的直接理論來源來自采樣控制 理論的 個重要結(jié)論 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時 其效果基本相同 這里 沖量指的是窄脈沖的面積 所說的對慣性環(huán)節(jié)的效果基 本相同 是指慣性環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同 如果把各輸出波形用傅里葉變 換分析 則其低頻段非常相近 僅在高頻段略有差異 這一原理又稱為面積等效 原理 它奠定了用控制各逆變單元開關(guān)輸出方波來等效合成正弦波的理論基礎(chǔ) 目前 p w m 技術(shù)發(fā)展十分迅速 主要應(yīng)用領(lǐng)域包括 1 交流電機(jī)傳動系統(tǒng) 2 不間斷電源 u p s 3 步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)傳動系統(tǒng) 4 p w m 整流裝置 5 新型四象限變頻裝置 6 d v r s p q c u p q c 等新型電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置 7 有源濾波器和高級無功補(bǔ)償裝置等 本節(jié)已經(jīng)介紹了p w m 技術(shù)基本原理 接下來介紹該方法分類和研究現(xiàn)狀 然后詳細(xì)分析p w m 方法的特點 犬津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章p w m 控制技術(shù) 2 1 1p w m 方法的分類 p w m 方法很多 筆者在參閱大量資料的基礎(chǔ)上 分析了p w m 技術(shù)的發(fā)展 過程 以規(guī)則采樣技術(shù)的出現(xiàn)為界限 前后劃分為兩個時代 模擬時代和數(shù)字時 代 下面具體說明和比較兩個時代的p w m 控制方法 模擬p w m 方法根據(jù)調(diào)制波和載波的比較所產(chǎn)生交點來確定丌關(guān)器件的通 斷時刻 1 3 其中三角載波信號通常采用振蕩器產(chǎn)生 然后由比較器完成比較 整 個實現(xiàn)過程中 系統(tǒng)所用元件較多 顯得比較臃腫 控制精度難以保證 但是 該方法比較簡單 隨著科技的發(fā)展 集成技術(shù)的出現(xiàn)可以提供很多新型的p w m 專用芯片 例如m c 3 3 0 2 3 m c 3 3 0 6 0 a 等控制芯片 它們可進(jìn)一步簡化控制驅(qū) 動電路 因此目前普遍把模擬方法應(yīng)用于一些對控制精度要求不很高的場合 根據(jù)參考電壓波形的不同 模擬p w m 方法可以分為 f 弦p w m s i n u s o i d a l p w m 又稱s p w m 梯形p w m t r a p e z o i dp w m 又稱t p p w m 諧波注入 p w m h a r m o n i ci n p u tp w m 又稱h 1 p w m 馬鞍型p w m t 等 具體如下圖所示 表2 1p w m 模擬法分類 模擬p w m 方法 s r w m t p w m 馬鞍型p w m f 土三次諧波注入法 h i p w m 4 i 吉三次諧波注入法 數(shù)字p w m 技術(shù)是在規(guī)則采樣技術(shù)出現(xiàn)以后逐漸發(fā)展起來的 由于模擬 p w m 方法必須確定開關(guān)器件通斷時刻 給工程中帶來很多麻煩 數(shù)字p w m 可 以不比較確定器件通斷時刻 它能利用c p u 數(shù)字信號處理器 d s p 等高端的 計算工具 通過一定的數(shù)學(xué)方法確定各個開關(guān)器件的開關(guān)時刻1 1 從控制特性角度入手 p w m 數(shù)字法可分為兩類 開環(huán)p w m 法和閉環(huán)p w m 法 開環(huán)p w m 法從起初規(guī)則采樣法 發(fā)展到后來載波調(diào)制方案 優(yōu)化p w m 法 矢量調(diào)制法和隨機(jī)p w m 法 閉環(huán)p w m 法分電壓和磁通反饋 16 j 等 如下所示 天津大學(xué)碩十學(xué)位論文 第二章p w m 控制技術(shù) p w m 數(shù)字法 表2 2p w m 數(shù)字法分類 聊w m 辟毳曩翟籌淼時電壓腳w m 法 開環(huán)p w m s v p w m 法 優(yōu)化p w m 法 蒹耄裳蓮耋親 麓鋈 j 輸出電流t h d 最小p w m 法 f f 弦波調(diào)制函數(shù)法 載波p w m 裳凳籬臺翟萎霪數(shù)法 l 非連續(xù)調(diào)制函數(shù)法 腫w m 罄開關(guān)s v p w 即m 瀑煞次數(shù)r p w m 靶kl 基于變開關(guān)次數(shù) 2 1 2p w m 輸出脈沖控制方法 p w m 波形可以分為等幅和不等幅波形 利用直流電源產(chǎn)生的p w m 波形近 似為等幅波形 當(dāng)輸入是交流電源時 產(chǎn)生不等幅p w m 波形 但是兩者本質(zhì)都 是在面積等效原理的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的 通常有兩種方法來控制p w m 所需要的輸出 脈沖列 1 計算法 該方法首先設(shè)定所要得到的逆變電路輸出等效的正弦波頻率 幅值和半周期的脈沖數(shù) 這樣可準(zhǔn)確計算出p w m 波形中各替代脈沖的寬度和時 問間隔 然后按照計算結(jié)果控制逆變電路中各開關(guān)器件的通斷 可得到所需要的 p w m 波形 當(dāng)輸出的正弦波頻率 幅值或相位變化時 需有新的計算結(jié)果來控 制逆變器的通斷 可以看出 這種方法計算繁瑣 實際應(yīng)用中不很方便 當(dāng)有特 定需要時才采用 如p w m 特定諧波消去法和s v p w m 法等 舉例說明 設(shè)定輸出電壓為 耐 則其基波及n 次諧波幅值的有效值為 u l 絲u s i n 曇 2 1 7 二 乩 絲 s i n 掣 2 2 天津人學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章p w m 控制技術(shù) 這時 如果要消除3 次諧波 n 令 o 1 2 0 此時 乩 冬至u d s i n 蘭墨竽 o j 玎z 若要消除5 次諧波 貝l j 令 2 此時u s 2 q 互吣i n 半 0 2 調(diào)制法 該方法把希望得到的波形作為調(diào)制信號 把接受調(diào)制的信號作 為載波 通過信號波的調(diào)制得到所期望的p w m 波形 該方法在工程上易于實現(xiàn) 因而在實踐中被廣為應(yīng)用 1 8 1 這里以三角波作為載波來具體說明調(diào)制法產(chǎn)生 p w m 波脈沖的過程 圖2 1 單相橋式p w m 逆變電路 v d 4 圖中負(fù)載為感性 其中v i 和v 2 通斷狀態(tài)互補(bǔ) v 3 和v 4 通斷狀態(tài)互補(bǔ) 控 制規(guī)律如下 在輸出電壓 的正半周 v j 常開 v 2 常閉 v 3 和v 4 交替導(dǎo)通和 關(guān)斷 由于負(fù)載電流比電壓滯后 因此在電壓上半周 電流有一段區(qū)間為正 一段 區(qū)間為負(fù) 在負(fù)載電流為正的區(qū)間里 v 1 和v 4 導(dǎo)通時 負(fù)載電壓u o u a v 關(guān) 斷時 負(fù)載電流通過v l 和二極管v d 3 續(xù)流 o 在電流為負(fù)的區(qū)間 v l 和 v 4 關(guān)斷時 因i o 為負(fù) 故i o 實際上從二極管v d 3 和v m 流過 u o u e 當(dāng)v 4 關(guān)斷 v 3 導(dǎo)通時 i o 從v 3 和v dj 續(xù)流 o 這樣 u o 總可以得到礪和0 兩種電平 同樣 在輸出電壓 的負(fù)半周 v l 常閉 v 2 常開 v 3 和v 4 交替導(dǎo)通和關(guān)斷 可以得到 砜和0 兩種電平 控制v 3 和v 4 通斷的方法如圖示2 2 所示 調(diào)制信號u 為正弦波 載波鞏 在己 的正半周為正極性的三角波 在u 的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波 在u 和 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章p w m 控制技術(shù) 饑的交點時刻控制開關(guān)器件的通斷 u l t 磊 尚刪 磐 黼 f所附 州 圖2 2 單極性p w m 控制波形 在珥正半周 v l 導(dǎo)通 v 2 關(guān)斷 當(dāng)啦u 時v 4 導(dǎo)通 v 3 關(guān)斷 u o u a 當(dāng)u 乩時v 4 關(guān)斷 v 3 導(dǎo)通 1 0 o 在珥負(fù)半周 v i 關(guān)斷 v 2 導(dǎo)通 當(dāng)l p u c 時v 4 導(dǎo)通 v 3 關(guān)斷 b 0 o 當(dāng) 6 r 時 v 導(dǎo)通 v a 關(guān)斷 u n 丫形 lb r l i l c 時 v 關(guān)斷 v 導(dǎo)通 u n 一哆彳 鼠 u o 一魄 圖2 3 雙極性p w m 控制波形 圖2 4 三相橋式p w m 逆變電路 n 三相p w m 逆變電路控制過程的波形如圖2 5 所示 與雙極性p w m 控制的 結(jié)論相似 和 三相p w m 波形都只有 d 釤兩種電平 當(dāng)橋臂l 和6 導(dǎo)通時 u u v u d 橋臂3 和4 導(dǎo)通時 y u v u 橋臂1 和3 或4 和6 導(dǎo)通時 u u v 0 這樣 l ip w m 逆變電路的輸出線電壓就有三種電平 u 0 而負(fù) 載相電壓為 一塹等當(dāng) 2 3 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章p w m 控制技術(shù) 結(jié)合式子 2 3 j 分析知負(fù)載相電壓p w m 的輸出為 詈u ul lul juu 乙j l j l ju n拜r lr 1 門r l r 1r 1 一l l o l j ul j 瓣u i juuu 一 一nnnn1 1 門門門n f uuu l j l j l l juuu 一 圖2 5 三相橋式p w m 逆變電路波形 5 種電平 電路在工作時 為防止上下兩臂直通而造成短路 在上下兩臂通斷切 換時要留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號的死區(qū)時間 讓同一橋臂上下管子輪流導(dǎo) 通 這個死區(qū)時間將會給輸出p w m 波形帶來一定的影響 使其稍稍偏離實際的 l e 弦波形 通常在保證同一相上下兩個臂不直通的時 死區(qū)時間越短越好 在p w m 控制電路中 載波信號頻率工和調(diào)制信號頻率工之比n f o 工稱 為載波比 根據(jù)載波信號和調(diào)制波信號是否同步及載波比n 變化情況 p w m 調(diào) 制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制 其中同步調(diào)制波形如圖2 6 所示 2 2 適合補(bǔ)償電壓質(zhì)量的p w m 方法 電力電子裝置的大量使用 給實際電網(wǎng)中的電壓造成了一定的波形畸變 我 們可以選用p w m 控制方案 產(chǎn)生相應(yīng)的波形 從而實時補(bǔ)償電剛電壓的畸變成 分 及時優(yōu)化電能質(zhì)量 這里介紹兩種方案 警奄 謦海 磐 留 嗽 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章p w m 控制技術(shù) 萋l 攝 網(wǎng)f 嗣 斑胡 堪j 納一 l o 融 鬟凜 f 闌髓r r 基 w 跚b j t 羥嘲 馨葉 圖2 6 同步調(diào)制二相p w m 波形 2 2 1 載波p w m 方案 1 控制方式 載波p w m 原理如圖2 7 所示 其中 a 為單邊調(diào)制 b 為雙邊對稱調(diào) 制 c 為雙邊非對稱調(diào)制 調(diào)制函數(shù)的取值范圍為 一0 5 o 5 圖中n 死和 n 1 瓦分別表示相鄰兩個開關(guān)周期的起始時間 陰影部分表示第n 個開關(guān)周期 內(nèi)載波被調(diào)制的部分 l 從圖形可以看出 單邊調(diào)制脈沖的上跳沿對應(yīng)的時刻固定不變 下跳時刻變 化 雙邊調(diào)制中 上跳沿和下跳沿均變化 如變化相同為對稱 不同為非對稱 單邊調(diào)制中 在每個載波脈沖的上跳沿對應(yīng)時刻進(jìn)行 以此為基礎(chǔ)改變相應(yīng)輸出 脈沖下跳沿時問 輸出脈沖占空比為 d n r 0 5 f n t 2 4 雙邊不對稱調(diào)制中 在一個丌關(guān)周期中兩次計算調(diào)制函數(shù)的值 采用時間通 常比載波提前1 4 個開關(guān)周期 輸出脈沖占空比為 111 d n e o 5 寺 一 z 廠 m t 2 5 斗斗 雙邊對稱調(diào)制在一個開關(guān)周期內(nèi)只計算一次調(diào)制函數(shù)的值 用該值作為基礎(chǔ) 同時調(diào)制上下沿 輸出脈沖占空比是 d n e o 5 骱一去 t 1 2 6 天津人學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章p w m 控制技術(shù) l n t t s 綢 n 1 t s 囫 n 1 t s 臣綢 l t t s n l r 噸 髟 餳 i n 1 t t a b c a 單邊調(diào)制 b 雙邊對稱調(diào)制 c 雙邊非對稱調(diào)制 圖2 7 載波p w m 調(diào)制原理圖 2 調(diào)制函數(shù) 當(dāng)參考電壓是實時變化的任意波形時 調(diào)制函數(shù)也是實時變化的任意函數(shù) 此時調(diào)制函數(shù)僅與參考電壓在采樣時刻瞬時值相關(guān) 可以根據(jù)參考電壓實時計算 調(diào)制函數(shù)瞬時值 在單相全橋功率變換器中 假設(shè)交流電壓幅值為砜 參考電 壓為u 6 考慮開關(guān)頻率很高 參考電壓在一個開關(guān)周期內(nèi)近似不變 以單邊調(diào) 試為例可得 u 一 r 0 5 f n t l l u 0 5 一 刀r 瓦 一u 女 2 7 整理并且連續(xù)化有廠 鼉罷 同理 可以推得 雙邊調(diào)制的結(jié)果函數(shù)表達(dá)式 相同a 在三相全橋功率變換電路中 調(diào)制函數(shù)得計算方法為 f 三籌 從上式可以看出載波p w m 控制可以應(yīng)用于單相和三相系統(tǒng) 當(dāng)供電系統(tǒng)為 三相四線制時 可以用三個單相分別等效 2 2 2s v p w m 方案 s v p w m 方法因其高電壓利用率 低諧波含量以及硬件電路簡單等優(yōu)點受到 了廣泛關(guān)注 現(xiàn)在來介紹一下空間電壓矢量法 s v p w m 載波p w m 調(diào)制方法 是建立在異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的 因而動態(tài)性能不理想 而s v p w m 空 陽j 矢量控制是建立在異步電機(jī)的動態(tài)模型基礎(chǔ)上 它的控制效果比s p w m 好 2 0 1 直流電機(jī)運行時 t c t 拼 它具有優(yōu)良的調(diào)速和起動性能 勵磁繞組和 天津大學(xué)碩十學(xué)位論文 第二章p w m 控制技術(shù) 電樞繞組各自獨立 空間位置互差9 0 和電樞電流厶的磁通正交 如忽略電樞 反應(yīng) 它們互不影響 兩繞組又分別由不同電源供電 在磁通西恒定時 只要控 制電樞電流或電樞電壓便可以控制轉(zhuǎn)矩 異步電動機(jī)中 只有定子繞組與電源相接 定子電流中包含勵磁電流分量和 轉(zhuǎn)子電流分量 兩者混在一起 又稱耦合 電磁轉(zhuǎn)矩并不與定予電流成比例 其 中 t c r 西 c o s p 矢量控制的思路就是仿照直流電動機(jī)控制原理 將交流電機(jī) 的動態(tài)數(shù)學(xué)方程式進(jìn)行坐標(biāo)變換 包括三相至二相的變換 3 s 2 s 和靜止坐標(biāo)與旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變換 然后將定予電流分解成勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量 解耦 該方法實際 上是把異步電機(jī)的物理模型設(shè)法等效變換成類似于直流電機(jī)模式 其中等效原則 為 在不同坐標(biāo)系下電機(jī)模型所產(chǎn)生的磁動勢相同 定子電流分解成勵磁分量和 轉(zhuǎn)矩分量 可以根據(jù)可測電機(jī)定子電壓 電流的實際值經(jīng)計算求得 然后分別和 設(shè)定值一起構(gòu)成閉環(huán)控制 經(jīng)過調(diào)節(jié)器作用 再經(jīng)過坐標(biāo)反變換 變成定子電壓 的設(shè)定值 實現(xiàn)對整流器的p w m 控制 2 3 本章小結(jié) 1 對p w m 方法進(jìn)行分類 2 詳細(xì)介紹了單相和三相p w m 控制方法 3 探討了電壓質(zhì)量補(bǔ)償?shù)膒 w m 方法 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章p w m 控制的高功率因數(shù)可逆整流器 第三章p w m 控制的高功率因數(shù)可逆整流器 對整流器的自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造 是抑制諧波的主動方法 尤其是對一些作為 主要諧波源和功率因數(shù)很低的整流器而言 具有一定現(xiàn)實意義 目前p w m 技術(shù) 較多應(yīng)用于逆變器中 很多理論比較成熟 然而應(yīng)用于整流器的研究較少 p w m 整流器按照電路結(jié)構(gòu)可分為電壓型 電流型整流器 按照輸出電平可 以分為單電平 多電平整流器 按照相數(shù)分為單相 多相整流器 2 1 1 本章對單相 和三相p w m 整流器結(jié)構(gòu) 原理和控制方法進(jìn)行比較詳細(xì)的分析 對于三相p w m 整流器 本章采用電壓電流反饋環(huán) 對輸入電壓 電流進(jìn)行實時的調(diào)節(jié) 控制 同時采用開關(guān)函數(shù) 對整流電路進(jìn)行等效 并且建立控制電路的數(shù)學(xué)模型 具體 內(nèi)容如下 3 1 單相p w m 整流器 理 下面詳細(xì)分析單相全橋電壓型整流器和電流型整流器的電路結(jié)構(gòu)和工作原 3 1 1 單相電壓型p w m 整流器 b a 單相電路 b 等效升壓斬波電路 圖3 1 電壓型p w m 整流器結(jié)構(gòu)圖 f r 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章p w m 控制的高功率因數(shù)可逆整流器 當(dāng)整流器工作在整流狀態(tài) 具體情況如下 1 e s 0 時 v 2 v d 4 v m l 和v d l v 3 v d 4 三 分別構(gòu)成兩個升壓斬 波電路 其中第一組斬波器如圖3 一l b 所示 當(dāng)v 2 導(dǎo)通的時候 e 經(jīng)過v 2 v m 向上 充電 厶中儲存能量 當(dāng)v 2 截至后 e 和 通過v d 卜v d 4 向直流側(cè)電 容充電 三 中儲存能量逐漸釋放 2 e s 0 時 由v 4 v d 2 v m l 和v d 3 v l v m l 分別構(gòu)成升壓斬 波電路 具體工作原理和情況 1 相似 由于電抗器三 的續(xù)流作用 通過控制觸發(fā)脈沖產(chǎn)生時刻 可控制v l v 4 的 通斷 從而使流過電感三 電流波形接近 f 弦波 當(dāng)器件丌通頻率很高時 電流 和電壓e 相位基本相同 整流器輸入端功率因數(shù)接近1 從上面分析中可以看出 電壓型p w m 整流器中含有升壓斬波器 因此也稱 升壓型p w m 整流器 它在工作時 如控制方法合適 不僅對電網(wǎng)造成很小污染 而且可以兼作s v g 和a p f 的作用 具體工作原理如圖3 2 所示 2 2 必 b c u a 等效電路圖 b 整流工作狀態(tài) c 逆變工作狀態(tài) d s v g 狀態(tài) e 任意工作狀態(tài) 圖3 2p w m 變流器運行方式 這里結(jié)合圖3 1 和圖3 2 詳細(xì)分析 p w m 整流器在工作時 按照正弦信號 波和三角波比較方法對圖3 2 a 中的橋臂進(jìn)行控制 此時交流側(cè)輸入端a b 會產(chǎn)生一個正弦調(diào)制p w m 波形 k 蛆中含有和正弦信號波同頻率并且幅值 成比例的基波分量 以及和三角載波相關(guān)的高次諧波 如果在半周期中 脈波數(shù) 為p 時 2 p 1 以下的低次諧波將會被消除掉 或者得到有效抑制 只含有基波 和高次諧波分量 由于電感上 濾波作用 高次諧波電壓只會使交流電流i 產(chǎn)生 很小脈動 它的含量較小 濾除較容易 這樣 當(dāng)正弦信號波和電源頻率相同時 s 也為與電源頻率相同的正弦波 在交流電源電壓弧一定時 f s 的幅值和相位由 鐳中的基波分量 a b f 的幅值和 u s 的相位差來確定 通過改變氓b f 的幅值和相位 就可以使i 和u 同相位 反 相位 超前9 0 0 相位或者成任意角度 具體情況如圖3 2 所示 圖3 2 a 中 電抗器和電源內(nèi)阻用月 來表示 u 為內(nèi)阻產(chǎn)生的壓降 可 以看出 只要改變魄b f 的幅值和相位 就可以使得f s 與略同相位 反相位和成 對肇 大津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章p w i v l 控制的高功率岡數(shù)可逆整流器 任意的角度 所以u a b f 是p w m 很重要的控制量 圖3 2 b 中 和e 同相 位 電路工作在整流狀態(tài) 此時功率因數(shù)為1 圖3 2 c 中 f 和占 反相位 電路切換到逆變狀態(tài) 相當(dāng)于一個只輸出有功功率的電源 能量從負(fù)載流向電源 從而實現(xiàn)再生制動 圖3 2 d 中 u a u f 滯后巨一定角度 超前e 角度為 9 0 0 電路不斷向交流電源送出無功功率 這時的電路被稱為靜止無功功率發(fā)生 器 s v g 圖3 2 d 中 可以通過對u a b 幅值和相位的控制 使得 和e 之 間成任意角度 從而滿足實際運行的需求 需要注意的是 直流側(cè)電壓不能過低 例如低于e 的峰值 否則得不到所 需要的u m r 幅值 這樣u a b 中會含有大量低次諧波 不能按照需要控制i 無法 保證所需波形 3 1 2 單相電流型p w m 整流器 1 i上 tl b v i b a 主電路結(jié)構(gòu)圖 b 等效斬波器電路圖 圖3 3 電流型p w m 整流器結(jié)構(gòu)圖 如圖3 3 所示 該整流器又叫降壓型p w m 整流器 交流側(cè)接有厶和電容 c s 主要為了濾除開關(guān)工作時產(chǎn)生的高次諧波 具體工作情況如下 1 e s o 時 v v 3 v 4 組成一個降壓斬波器 具體如圖3 3 b 所示 當(dāng)v v 4 開通時 電源向 充電 里面儲存能量 當(dāng)v 1 截止 v 3 v 4 導(dǎo)通時 負(fù)載中的電流通過v 3 v 4 續(xù)流 它們相當(dāng)于續(xù)流二極管 2 e s b c o s n r o t n l l 4 1 大津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第四章高功率因數(shù)整流器仿真分析 其中 口o d t 口 0 7 b 一1 一 s i n n 以廳 胛石 礬是一個開關(guān)周期中橋臂的導(dǎo)通率 則 s k d k 善 1 磊2s i n n d k x c o s 刪 那么第三章公式 z p x a x 砌中矩陣一 可化為 a a a 其中 a 一r 0 0 一 d 一 0 一r 0 一 鞏一 00 一r 一 d 一 d d dc d 七db d dd d h 七d j d d d 0 a 0 0 0 4 4 1 0 0 0 4 4 2 4 2 4 3 4 4 0 0 0 4 4 3 a 1 4 a 2 4 彳 4 o 一水礦 井咖 一奢吣糾 c o s 刪 a 4 m2 善 一1 意8 i n 如石 c s n 耐 七 m l 2 3 分別代表a b cz l 同理狀態(tài)變量可分為兩部分 x 墨 x h 4 5 那么 z p x a x 鰳變?yōu)?z 罷 五 五 a l 以 五 瓦 4 6 它由兩部分組成 一個是低于開關(guān)頻率r 的低頻模型z p x a 出 b e 一個是高于開關(guān)頻率只的高頻模型z p 凰刊尚卅隔十 哇h 赫 由于高頻部分凰遠(yuǎn)遠(yuǎn) 小于蜀 故上式等式右邊第二 第三項都可以忽略 整流器的高頻模型近似為 z p x h a t 尚 4 7 其中 i o h 如u e c h 在三相平衡的系統(tǒng)中 三相電流有相同的諧波形式 考慮其中一項 展開式 4 7 的第一行為 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第四章高功率因數(shù)整流器仿真分析 印k a 1 4 己k 4 8 這里的乙 i 廠 鞏 c o s 耐 可以看出線電流諧波的幅值與開關(guān)頻 率只 濾波電感l(wèi) 成反比 同時還與導(dǎo)通率有關(guān) 同理 的高次諧波為 u 2 i 毒萬 以 c o s 耐 直流端電壓的高頻諧波分量幅值與開關(guān)頻率最 濾 波電容c e 成反比 同時還與導(dǎo)通率有關(guān) 4 5 2 仿真波形分析 1 三相不控整流 圖4 1 3 三相不控整流系統(tǒng)仿真模型 首先看下三相不控整流 系統(tǒng)模型如圖4 1 3 所示 仿真波形如圖4 1 4 所示 從圖4 1 4 可以看出 a 相輸入電流中含有3 5 7 1 1 等次諧波 其中三次諧 波大約為2 5 次諧波為1 2 7 次諧波為5 1 1 次諧波為1 5 總諧波的含量 為1 2 1 7 諧波污染比較嚴(yán)重 這樣會對電力系統(tǒng)造成一定的危害 因此應(yīng)該 通過一定的控制策略減小諧波成分 2 三相全控整流 采用雙閉環(huán)策略后 根據(jù)所建立的模型 下面分析各種負(fù)載情況下的波形 由于各種工作情況比較復(fù)雜 這里就輸入端和輸出端口幾種典型情況分別討論 天津人學(xué)碩士學(xué)位論文 第四章高功率因數(shù)整流器仿真分析 t s f u n d a m e n t a l 5 0 h z 9 b 0 7 t h d 1217 i1 h0 05 h a l 1 3 1 0 n i cor d e r 圖4 一1 4 三相不控整流a 相輸入電流及頻譜分析 1 輸出端工作情況 a 空載情況 圖4 1 5 空載時a 相輸入電流 4 3 2 0 口 日 6 4 2 d 一 elu eepunl jo葶一6e至 大津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第四章高功率因數(shù)挺流器仿真分析 空載時候 由于負(fù)載端斷開 交流側(cè)電源對負(fù)載端電容充電 輸出電壓很快 穩(wěn)定 而電流很小 其放大情況如圖4 1 5 所示 圖4 1 6 為空載時輸出電壓 b 穩(wěn)態(tài)下負(fù)載變化 t s 圖4 1 6 空載時輸出電壓 電路在穩(wěn)態(tài)工作的過程中 由于負(fù)載是動態(tài)變化的 負(fù)載加重 負(fù)載電流增 大 和負(fù)載減輕 負(fù)載電流減小 的情況如下 圖4 一1 7 和4 1 8 是負(fù)載減輕的仿真波形 設(shè)負(fù)載在0 0 3 s 時電流由4 0 a 變?yōu)?2 5 a 此時直流電壓的波形在經(jīng)過一個周期的波動后 很快達(dá)到新的穩(wěn)定值 從開 始的1 5 0 v 變到1 7 0 v 由于在雙閉環(huán)的控制下 電流過渡變化沖擊較小 直流 側(cè)的電壓也迅速在o 0 5 s 達(dá)到穩(wěn)定 圖4 1 9 和4 2 0 是負(fù)載加重的仿真波形 具體分析方法和負(fù)載減輕相類似 但是波形的變化相反 最后直流電壓從開始的1 7 0 v 下降到1 5 0 v 2 輸入端工作情況 圖形4 2 1 是非閉環(huán)a 相輸入電流波形 基波分量為9 0 2 a 諧波含量為9 1 7 含有2 左右的三次諧波 此外含有一定的7 9 1 1 等 6 i 1 奇次諧波 由于三 次諧波的濾除比較麻煩 高次諧波的濾除較容易 所以該方法容易造成諧波污染 圖形4 2 2 是單閉環(huán)a 相輸入電流波形 這里采用的是電壓閉環(huán)的仿真結(jié)果 由于在線的反饋回了負(fù)載側(cè)直流電壓 采用改進(jìn)型p i d 調(diào)制 及時的和指令電壓 信號相比較 電流波形得到了一定的改善 基波分量為9 8 1 a 諧波含量為6 2 l 三次諧波的含量下降到0 5 大津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第四章高功率因數(shù)摧流器仿真分析 v b 如 3 0 2 0 0 叫 一 h 1 d 2