三相混合開關(guān)電流型整流器的優(yōu)化方法

三相pwm整流器功率因數(shù)校正實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于如何得到與輸入電壓同相位的輸入電流,同時(shí)要保證當(dāng)負(fù)載變化時(shí),輸出電壓能夠迅速地跟蹤參考值并且穩(wěn)定下來(lái)。首先根據(jù)六開關(guān)三相boost型整流器的物理模型,分別建立了以電感電流和電容電壓為狀態(tài)向量的數(shù)學(xué)方程,然后把靜止三相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)下進(jìn)行電流內(nèi)環(huán)的滯環(huán)控制,電壓外環(huán)的滑模控制。通過(guò)仿真,表明該控制方法具有較強(qiáng)的魯棒性和良好的動(dòng)態(tài)特性,輸入電流諧波較小。

介紹一種新的大功率整流器電流檢測(cè)方法,不需要電流檢測(cè)元件,而是測(cè)量整流器輸出極杠上沿著電流方向的兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差,從而間接檢測(cè)電流,并用貼片熱電阻測(cè)量輸出極杠上檢測(cè)電勢(shì)差的兩點(diǎn)之間的溫度,以實(shí)現(xiàn)對(duì)極杠發(fā)熱引起的測(cè)量誤差的補(bǔ)償。

電流型逆變器在人們?nèi)粘Ｉ钪械挠绊懸呀?jīng)越來(lái)越大,同時(shí)也得到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注,專家及學(xué)者們對(duì)電流型逆變器的控制技術(shù)及方法的研究也越來(lái)越廣泛,并為此開設(shè)了專門的課題。電流型逆變器在電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償,交流的變頻調(diào)速和太陽(yáng)能、風(fēng)能等領(lǐng)域中也有著良好的發(fā)展前景,筆者主要研究了關(guān)于三相電流型逆變器的pwm控制方法,希望對(duì)讀者有所幫助。

六開關(guān)三相四線pwm整流器拓?fù)涫沁m合于中大功率高頻ups裝置的前級(jí)整流器拓?fù)?。與常規(guī)的六開關(guān)三相三線整流器相比,三相四線整流器輸出正負(fù)直流母線,并且輸入側(cè)存在零序電流通路,如果沿用三相三線整流器的控制方法,必然會(huì)引起很大的中線電流。針對(duì)此問(wèn)題。討論了三相四線pwm整流器輸出為正負(fù)直流母線電壓均衡控制和中線電流控制問(wèn)題,建立了三相四線整流器數(shù)學(xué)模型,分析了中線電流產(chǎn)生的機(jī)理以及抑制的方法,設(shè)計(jì)了基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的三相四線整流器的控制算法。在功率40kw的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上驗(yàn)證了控制方法的有效性,保證了輸出正負(fù)母線電壓的平衡及較小的輸入電流諧波。

提出了一種新型脈寬調(diào)制(pwm)瞬態(tài)電流控制方法。該方法針對(duì)整流器啟動(dòng)瞬時(shí)電流過(guò)沖現(xiàn)象,當(dāng)電流在閾值范圍內(nèi)變化時(shí),采用常規(guī)瞬時(shí)電流控制方法以實(shí)現(xiàn)整流器的功能目標(biāo);而當(dāng)電流越限時(shí),采用瞬態(tài)電流過(guò)沖控制器以抑制電流過(guò)沖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,采用新型電流控制策略時(shí),pwm整流器在可控整流啟動(dòng)過(guò)渡過(guò)程中未出現(xiàn)明顯的電流過(guò)沖現(xiàn)象。該控制方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,易于工程應(yīng)用。

諧波污染已引起世界各國(guó)的高度重視。功率因數(shù)校正(pfc)是治理諧波的一種有效方法。本文研究了基于單周期控制的三相三開關(guān)高功率因數(shù)整流器,推導(dǎo)了三相三開關(guān)升壓整流器的控制規(guī)律,設(shè)計(jì)了一種基于單周期控制技術(shù)的pfc控制器,該控制器不需要乘法器,更不需要對(duì)電源電壓進(jìn)行檢測(cè),其控制邏輯非常簡(jiǎn)單且以恒定頻率工作。完成了7kw三相高功率因數(shù)整流器的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究,進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)的功率因數(shù)可達(dá)0.98,且實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)校正和低電流畸變。

三相電壓型PWM整流器設(shè)計(jì)方法的研究

通過(guò)分析三相脈寬調(diào)制(pwm)整流器在d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了具有前饋解耦控制的pwm整流器雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)對(duì)電流內(nèi)環(huán)的控制要求設(shè)計(jì)電流比例積分(pi)調(diào)節(jié)器,提出按閉環(huán)幅頻特性峰值(mr)最小準(zhǔn)則來(lái)確定調(diào)節(jié)器參數(shù)的方法;根據(jù)系統(tǒng)對(duì)電壓外環(huán)的控制要求,采用模最佳整定法來(lái)設(shè)計(jì)電壓pi調(diào)節(jié)器。最后對(duì)整個(gè)pwm整流器雙閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果驗(yàn)證了pi調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)的正確性。

分析了vienna整流器在橋臂各個(gè)功率器件出現(xiàn)開路故障時(shí)所呈現(xiàn)的故障特征,指出了各橋臂續(xù)流二極管的開路故障對(duì)整流器的危害最大。進(jìn)一步提出了利用三相輸入電流直流分量以及輸出電壓交流紋波作為功率器件開路故障診斷的故障特征值。構(gòu)建了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功率開關(guān)開路故障分類系統(tǒng),并將所提取的故障特征值作為輸入訓(xùn)練樣本對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練,最后通過(guò)matlab軟件中m語(yǔ)言編程完成對(duì)故障分類系統(tǒng)的訓(xùn)練和測(cè)試。訓(xùn)練和測(cè)試的結(jié)果表明,訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障分類系統(tǒng)可很好地對(duì)vienna整流器除續(xù)流二極管外的功率器件開路故障進(jìn)行定位。

研究了基于單周期控制的三相六開關(guān)高功率因數(shù)整流器,推導(dǎo)了三相六開關(guān)升壓整流器的控制規(guī)律,設(shè)計(jì)了一種基于單周期控制技術(shù)的pfc控制器,完成了2kw三相高功率因數(shù)整流器的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)的功率因數(shù)可達(dá)0.991,實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)校正和低電流畸變。

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將三相四橋臂拓?fù)鋺?yīng)用于開關(guān)功放當(dāng)中以增加其集成度,并提出一種通過(guò)控制各橋臂節(jié)點(diǎn)電位,使三路輸出電流跟蹤各自給定信號(hào)的通用控制方法。該方法可由各橋臂節(jié)點(diǎn)的電位直接獲得各開關(guān)信號(hào)的占空比,計(jì)算量小,易于實(shí)現(xiàn),并可以推廣到任意多橋臂的功率變換器的控制當(dāng)中?？偨Y(jié)出三種典型的電位分配方式,分析了不同的電位分配方式對(duì)輸出電流的紋波大小和總開關(guān)次數(shù)的影響,定性地分析了緩沖電路對(duì)死區(qū)時(shí)間的補(bǔ)償作用。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均證明了該控制方法的有效性。

基于電壓空間矢量分析原理,提出了一種適用于開關(guān)管鉗位混合單相三電平整流器的雙滯環(huán)svpwm電流控制方法。分析了單相三電平整流器的工作模式,提出了一種四態(tài)雙滯環(huán)比較器來(lái)控制電流內(nèi)環(huán)。根據(jù)輸入比較器的誤差電流大小,輸出四種狀態(tài)值,結(jié)合由電動(dòng)勢(shì)與預(yù)測(cè)電流離散化計(jì)算得到的指令電壓矢量的所在區(qū)域,選擇最佳開關(guān)輸出矢量,使得電流誤差控制在系統(tǒng)要求范圍內(nèi)。通過(guò)matlab仿真,比較了跟蹤電壓矢量、兩態(tài)單滯環(huán)、四態(tài)雙滯環(huán)svpwm電流三種控制方法,仿真結(jié)果驗(yàn)證了四態(tài)雙滯環(huán)電流控制的優(yōu)越性,通過(guò)小功率樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了雙滯環(huán)控制算法的可靠性。

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anovelsoftwareimplementationforcurrentpolaritydetectionandcurrentcompensationispresented.forathree-phasezero-voltagesoft-switching(zvs)pwmconverterbasedonphaseandamplitudecontrol(pac),whensaw-toothcarrierswithalternatepositiveandnegativeslopesareadopted,thepositiveornegativeslopesarechosenaccordingtothephasecurrentpolarity.sincepo-larityreversalcausescurrentdistortion,currentattheinstantofreversalshouldbecompensatedfor.basedonthecharacteristicofunitypowerfactorconverterinrectificationandregenerationmodes,asoftwareimplementationforcurrentpolaritydetectionisproposed.distortionofcurrentzero-crossingcausedbyusingsaw-toothcarrierswithalternatepositiveandnegativeslopesisanalyzed,andtherelevantcompensationmethodisproposed.experimentalstudywitha1.5kwdeviceshowsthatphasecurrenthasasmallharmoniccontentandpowerfactorishighbothinrectificationandregenerationmodes.

對(duì)于一種基于幅相控制的三相零電壓開關(guān)pwm變流器,在利用正負(fù)斜率交替的鋸齒載波調(diào)制方式下,需要按照電流極性來(lái)進(jìn)行鋸齒載波斜率的交替翻轉(zhuǎn),由于在翻轉(zhuǎn)處會(huì)造成電流畸變,也需要按照電流極性變化的時(shí)刻來(lái)補(bǔ)償。該文從單位功率因數(shù)變流器的固有特點(diǎn)出發(fā),在順變和逆變狀態(tài)下,提出了電流極性檢測(cè)的軟件實(shí)現(xiàn)方法,分析了使用正負(fù)斜率鋸齒載波帶來(lái)的電流過(guò)零點(diǎn)失真的原因,并給出了相應(yīng)的補(bǔ)償方案。該方法有效保證了軟開關(guān)技術(shù)在三相pwm變流器上的實(shí)現(xiàn),具有簡(jiǎn)便有效、節(jié)約硬件資源、相電流諧波較小等優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)理論分析和仿真驗(yàn)證方法,研究了新型降壓型矩陣整流器算法應(yīng)用中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。建立了平衡與不平衡供電條件下矩陣整流器的開關(guān)函數(shù)算法,證明了平衡供電條件下該算法仍然能夠?qū)崿F(xiàn)mr的四象限能力,也證明了該算法與mr輸入電流空間矢量調(diào)制(svm)算法具有本質(zhì)上的共性,并在詳細(xì)分析平衡供電條件下電流svm算法的基礎(chǔ)上,給出了適用于3種不平衡供電條件下改進(jìn)的電流svm算法,包括波形畸變、幅值不平衡和初相不平衡,并且通過(guò)合理安排零矢量的作用區(qū)間而設(shè)計(jì)了一種共模電壓抑制方法,使得共模電壓降低一半,最后部分提供了基于simulink7.0的仿真分析結(jié)果,驗(yàn)證了理論分析的正確性。

為了提高電流型pwm整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)和系統(tǒng)抗干擾能力,提出了采用互聯(lián)和阻尼分配無(wú)源控制方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制器的新型控制策略。根據(jù)能量成型和端口受控哈密頓控制原理,建立了電流型pwm整流器的端口受控耗散哈密頓（pchd）模型,根據(jù)系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)目標(biāo),求取了期望穩(wěn)定平衡點(diǎn)。通過(guò)配置與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兼容的能量函數(shù),在期望穩(wěn)定平衡點(diǎn)處設(shè)計(jì)了鎮(zhèn)定的控制器,實(shí)現(xiàn)了電流型pwm整流器單位功率因數(shù)運(yùn)行、直流電流快速達(dá)到期望值并穩(wěn)定運(yùn)行于平衡點(diǎn)的控制目標(biāo),仿真結(jié)果證明了該方案的可行性。

前言:就當(dāng)前的現(xiàn)狀來(lái)看,關(guān)于三相電流型逆變器pwm控制方法的文獻(xiàn)研究甚少,因而基于此,為了提升pwm變頻電路整體運(yùn)行效率,要求當(dāng)代專家學(xué)者應(yīng)注重深化對(duì)此項(xiàng)課題的研究,并全面掌控到pwm變頻電路運(yùn)行特點(diǎn),且將pwm控制技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中,形成穩(wěn)定的運(yùn)行目標(biāo)。以下就是對(duì)三相電流逆變器pwm控制方法的詳細(xì)闡述,望其能為當(dāng)代電力行業(yè)系統(tǒng)控制模式的進(jìn)一步創(chuàng)新與發(fā)展提供有利的文字參考。一、pwm變頻電路運(yùn)行特點(diǎn)分析

六開關(guān)三相四線pwm整流器拓?fù)涫沁m合于中大功率高頻ups裝置的前級(jí)整流器拓?fù)?與常規(guī)的六開關(guān)三相三線整流器相比,三相四線整流器輸出正負(fù)直流母線,并且輸入側(cè)存在零序電流通路,如果沿用三相三線整流器的控制方法,必然會(huì)引起很大的中線電流.針對(duì)此問(wèn)題.討論了三相四線pwm整流器輸出為正負(fù)直流母線電壓均衡控制和中線電流控制問(wèn)題,建立了三相四線整流器數(shù)學(xué)模型,分析了中線電流產(chǎn)生的機(jī)理以及抑制的方法,設(shè)計(jì)了基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的三相四線整流器的控制算法.在功率40kw的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上驗(yàn)證了控制方法的有效性,保證了輸出正負(fù)母線電壓的平衡及較小的輸入電流諧波.

與傳統(tǒng)的兩電平變換器相比,多電平變換器輸出電平數(shù)增加,輸出波形階梯增多,更加接近目標(biāo)調(diào)制波。分析了三相三電平三開關(guān)vienna整流器的工作原理,介紹了電路的實(shí)現(xiàn)方法,給出了主電路及采樣電路的設(shè)計(jì)。搭建了一個(gè)800w的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),利用tms320f2812dsp來(lái)實(shí)現(xiàn)控制算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的電路能滿足預(yù)定的要求,在工業(yè)控制中應(yīng)用前景廣闊。

整流器模型建立直接影響控制策略,通常系統(tǒng)采用基爾霍夫定律和拉格朗日方程建立數(shù)學(xué)模型,其狀態(tài)變量間存在耦合。文中針對(duì)開關(guān)函數(shù)描述的數(shù)學(xué)模型為非線性且控制器設(shè)計(jì)困難的特征,采用開關(guān)周期平均法建立系統(tǒng)平均模型,分離擾動(dòng)得到穩(wěn)態(tài)模型和線性時(shí)不變的小信號(hào)模型。結(jié)果表明,小信號(hào)模型較傳統(tǒng)模型更有利系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)。