馮曉艷

黑龍江科技大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150022

PWM整流器為三相電壓型整流器，在電能的回饋以及功率因數(shù)補(bǔ)償和有源濾波、交流傳動(dòng)等領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。而控制PWM整理器的作用就在于能夠保證直流側(cè)電壓穩(wěn)定可靠，在此基礎(chǔ)上，有效控制了正弦波電流。而這種控制需要功率因數(shù)受控。為了保證整流器網(wǎng)側(cè)受控電流特性能夠完全展現(xiàn)，如何有效控制網(wǎng)側(cè)電流具有重要意義。文章則是針對PWM整理器在運(yùn)行過程中所遇到的特點(diǎn)進(jìn)行了分析。根據(jù)PWM側(cè)功率因數(shù)的相關(guān)要求，整流器的工作環(huán)境應(yīng)當(dāng)為升壓狀態(tài)，并且正常運(yùn)行直流電壓同交流電壓之間的比值應(yīng)當(dāng)保持穩(wěn)定并大于一個(gè)升壓系數(shù)。根據(jù)這一研究，在空間矢量算法之上提出了階段電流控制的方式。根據(jù)升壓系數(shù)的不同采用不同的模式，即升壓系數(shù)較小時(shí)，切換到滯后功率因數(shù)的控制狀態(tài)，反之則切換到單位功率因數(shù)的控制狀態(tài)。并設(shè)計(jì)搭建了一個(gè)物理平臺(tái)以供PWM整流器使用，該物理平臺(tái)是在DSP基礎(chǔ)上建立的，并且通過多種實(shí)驗(yàn)，對PWM的運(yùn)行特性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)電流控制的切換是一種正確的控制方式。

1 模型

設(shè)定：將電壓型PWM整流器三相電源進(jìn)行設(shè)定，其電動(dòng)勢分別為Ea、Eb、Ec，而交流側(cè)設(shè)置各相的電流分別為Ia、Ib、Ic，直流側(cè)的電壓值為Udc，直流側(cè)的電流則為Idc，在交流側(cè)PWM整流器的輸入電壓為Ua、Ub、Uc。

當(dāng)開關(guān)器件的損耗不計(jì)入在內(nèi)時(shí)，通過守恒定律可以得出：EaIa、EbIb以及EcIc的和同UdcIdc相等。據(jù)此分析，對交流側(cè)的電流進(jìn)行有效控，能夠控制和調(diào)節(jié)直流側(cè)，而對直流側(cè)進(jìn)行有效的控制調(diào)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)對交流側(cè)的控制。將電動(dòng)勢的響亮在交流單相中的數(shù)值設(shè)為E，交流側(cè)電壓相量設(shè)為UL，VSR交流側(cè)的電壓相量設(shè)為U，電流相量則設(shè)為I，將交流側(cè)功率因數(shù)角設(shè)置為φ，θ為（90°-φ）。當(dāng)整流器電路穩(wěn)定的狀態(tài)下，交流側(cè)以及直流側(cè)指甲你的電流是一一對應(yīng)的，所以U端點(diǎn)就會(huì)形成一個(gè)圓形的軌跡，該圓的半徑為UL。當(dāng)整流器網(wǎng)側(cè)的電流同電壓同相時(shí)，整流器會(huì)呈現(xiàn)出正阻特性，若整流器網(wǎng)側(cè)的電流同電壓相反那么就會(huì)出現(xiàn)負(fù)阻特性。同上述兩種情況不同的是，整流器在某種情況下回呈現(xiàn)出純電感特性以及純電容特性。

通過上述分析可以看出，參考值為電網(wǎng)電壓相量時(shí)，通過對交流側(cè)電流的控制，也包括對相位以及幅值的控制，能夠?qū)SR交流側(cè)的電壓進(jìn)行有效控制，從而控制PWM整流器的運(yùn)行。所以，針對整流器網(wǎng)側(cè)，可以將其看做為一個(gè)電流源進(jìn)行控制，同時(shí)網(wǎng)側(cè)功率藝術(shù)以及電流均為可控因子。

2 運(yùn)行范圍

若確定好VSR的直流電壓，那么其最大交流側(cè)相電壓也能夠予以確定，即電壓絕對值的最大值等于MUdc，M是整流器最大的直流電壓利用率，其大小受到整流器控制方式相關(guān)。從本質(zhì)上講，當(dāng)確定了直流側(cè)的負(fù)載后，直流電流便隨之確定，若整流器的工作狀態(tài)為單位功率因數(shù)狀態(tài)，那么最小交流側(cè)電流便可以確定。這是由于穩(wěn)定的系統(tǒng)狀態(tài)中，直流側(cè)電流等于交流側(cè)三相有功電流的疊加。

圖1 三相電壓型PWM整流器

將只留電壓值設(shè)置為U*dc，對交流側(cè)的電源電動(dòng)勢的輸入值ea由小到大逐步的增加時(shí)，E′a＜E”a＜E”’a，PWM整流器會(huì)逐步的降低其升壓系數(shù)。依照功率守恒定律可以推出，若增大電源的電動(dòng)勢那么其交流電流便會(huì)逐步的減?。蝗魧⒔涣麟娏髦鸩降臏p小，直到直流電壓穩(wěn)定，那么此時(shí)在直流側(cè)所需要的最小有功電流為I″a，電源電動(dòng)勢會(huì)隨之增加，若電動(dòng)勢繼續(xù)增加，那么交流側(cè)的電流也會(huì)隨之增加，整流器的運(yùn)行便會(huì)受阻，因而退出單位功率運(yùn)行，而在感性功率因數(shù)的整流狀態(tài)下運(yùn)行。

3 控制措施

對電流的控制中，方式方法多種多樣，其中最為普遍的方式即雙閉環(huán)控制，該結(jié)構(gòu)是對電流內(nèi)環(huán)以及電壓為外環(huán)的有效控制。直流電壓的恒定是由電壓外環(huán)予以維持的，而跟蹤電流的給定則是通過電流內(nèi)環(huán)予以控制的，從而對能量流動(dòng)進(jìn)行雙向控制，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的雙向調(diào)節(jié)。從結(jié)構(gòu)上講該種控制結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良，并且構(gòu)造簡單，能夠在電流內(nèi)環(huán)的控制下有效實(shí)現(xiàn)電流的限幅，能保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)結(jié)構(gòu)。

對整流器的控制可以分成兩個(gè)階段。當(dāng)升壓系數(shù)大于臨街系數(shù)值，那么無功電流在電流內(nèi)環(huán)中為0，便能夠有效控制單位功率因數(shù)；若交流電動(dòng)勢同給定的直流電壓之間的比例和升壓系數(shù)的臨界值相等或者略小，那么此時(shí)的無功電流不能設(shè)定為0，此時(shí)應(yīng)當(dāng)使得整流器在感性功率狀態(tài)下運(yùn)行。這種情況下需要調(diào)整電流控制策略，如若不然，控制器將會(huì)出現(xiàn)控制紊亂，對開關(guān)器件的損壞也極其嚴(yán)重。

4 實(shí)驗(yàn)研究

VSR物理平臺(tái)的搭建仍舊需要進(jìn)一步驗(yàn)證，在數(shù)字化平臺(tái)的基礎(chǔ)上予以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用TMS320F2812作為控制芯片，保證10KHz的開關(guān)頻率，控制策略需要建立在空間適量的基礎(chǔ)之上。通過實(shí)驗(yàn)波形圖可以看出，當(dāng)升壓系數(shù)較大時(shí)，整流器的工作狀態(tài)為整流狀態(tài)；當(dāng)升壓系數(shù)超過了既定的臨界值，那么在該種狀態(tài)下就會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)的紊亂，電流的波形便會(huì)出現(xiàn)畸變現(xiàn)象，那么IPM便會(huì)判定為系統(tǒng)故障而進(jìn)入自我保護(hù)狀態(tài)。通過1：50的探頭對電源電壓進(jìn)行檢測，其輸出電流值為0.01V／A。

5 結(jié)語

在PWM整流器中受控電流源特性是網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)出的基本特征，并且其電流具有可控的功率因數(shù)，若整流器從電網(wǎng)中吸收了電能，那么證明其工作狀態(tài)為整流狀態(tài)；反之，整流器的工作狀態(tài)為逆變狀態(tài)，這種運(yùn)行是綠色電能轉(zhuǎn)換的真正實(shí)現(xiàn)。文章著重對PWM整流器進(jìn)行了運(yùn)行狀態(tài)的描述，并根據(jù)這些狀態(tài)下設(shè)備的運(yùn)行狀況推導(dǎo)出PWM整流器的臨街升壓系數(shù)，同時(shí)還推導(dǎo)出整流器在四象限中運(yùn)行調(diào)節(jié)的范圍，并提出了有效地應(yīng)對策略，并指出相應(yīng)的控制過程，對其理論正確性進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

[1]王久和，張金龍，李華德. 電壓型PWM整流器直接功率控制系統(tǒng)主電路參數(shù)設(shè)計(jì)[J]. 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006年11期

[2]李浩光，張加勝. 基于矢量控制的三相PWM可逆整流器的研究[J]. 變流技術(shù)與電力牽引，2006年03期