三相电压型单位功率因数整流器的新型间接电流

2011-05-23 11:42:15来源: 互联网
摘要:基于三相电压型PWM整流器主电路参数和控制参数间的稳态关系,提出一种新的间接电流控制方案。该方案不需检测电源电压,因而使得硬件和成本都得到减少。最后通过仿真验证了该方案。

关键词:三相整流器;功率因数校正;间接电流控制



图1三相电压型整流器主电路拓扑


1引言

三相电压型PWM整流器的控制方式可分为直接电流控制和间接电流控制。间接电流控制[1]又称幅值相位控制(PAC),它对PWM整流器输入电流进行开环控制。尽管间接电流控制的动态响应不及直接电流控制,但由于它开关机理清晰,不需要电流传感器和电流控制回路,故控制简单,所需成本低,因而在对PWM整流器动态性能要求不太高时,PAC控制仍有一定的应用场合。本文将提出一种新的间接电流控制方案。

2传统的控制方案[1]

三相电压型PWM整流器主电路见图1。图中Vi、Vpi、Li(其中i=a,b,c)分别是三相输入电源电压、整流器输入端电压、输入电感,R为负载电阻,C为输出滤波电容。假定三相电路系统参数完全对称且开关管均是理想的,不计输入电阻。

间接电流控制是一种基于系统稳态模型的控制策略。传统的PAC控制所依赖的静态数学模型是三相静止坐标系下的低频数学模型,参见式(1)[2]:(1)


图2传统的PAC控制方案


图3单相基波相量图


式中:ω为电网角频率;

mi(i=a,b,c)为三相调制比;

Im为单位功率因数时输入电流基波幅值;

L=La=Lb=Lc。

在间接电流控制中是不检测电流的,故式(1)中的Im应视作控制信号Im*,在稳态时Vo即为Vref,于是由式(1)即产生了如图2所示典型的控制方案。

3一种新的PAC控制方案

3.1新PAC控制方案的原理 由图2可知传统的PAC控制除了检测直流输出电压外,还要检测三相输入电源电压。本文提出一种新的PAC控制方案,该方案只检测直流输出电压(这是实现电压环控制所必需的),因而省去了传统方案中的三相电源电压的检测电路和移相电路,从而使控制得到简化。

分析时假定输入电感L(输入电感的电阻很小通常可忽略)、电源角频率ω、负载电阻R等均为已知。根据三相电压型PWM整流器主电路各参数和控制参数间的稳态关系[3]可知,在单位功率因数(φ=0°)且已知直流输出电压Vo的情况下,调制比m与调制角δ必须满足下式(调制角的含义参见图4):δ=arcsin(2)

即单位功率因数时调制比m与调制角δ只与系统参数ω、L、R等有关。同时,当给定输入电源电压与直流输出电压时,调制比m与调制角δ又满足电压传输比的约束关系[3]:

Gv==(3)

式中:Vm为电网相电压的幅值。

解式(2)和(3)可得:

m=(4)

由式(4)可见,调制比m只与系统参数与电压传输比Gv有关。因此,可以通过电压环的调节作用获取所需的调制比mr.(PI调节器的设计是关键,而在图2所示的传统控制方案中电压环的作用是产生Im*),按照单位功率因数运算法则〔式(2)〕可确定期望的δ,而它的实现又可避开检测输入电压。当电压调节环使输出电压稳定时,则相应的mr.、δ必然既满足电压传输比的约束,又满足单位功率因数的约束。当输入交流电压发生改变时,必然会使Gv发生波动,通过电压环的作用改变mr的值使其工作在另一稳定工作点。

设Vpm为三相输入端基波相电压的幅值,稳态时单位功率因数时的单相基波相量图见图3(下标1、2分别表示两种不同的稳态)。该控制方案的稳态运行轨迹见图3中的AB段,最后系统工作于满足电压传输比的某一点。

该控制方案的原理如图4所示。从图4可见,该方案不需检测输入电压,只需提供电源电压的同步信号即可。PI调节器的输出经限幅后作为调制比参考信号mr,由mr根据单位功率因数控制算法确定出相应的δ。

3.2新方案的仿真验证

为验证上述方案,本文用Saber5.1进行了仿真。假定系统参数为,Vm=311V,L=5mH,C=1000μF,


图4一种新的PAC控制方案原理图

(a)Vo的波形


(b)Va、ia的波形


(c)三相调制电压波形


图5新型PAC控制方案的仿真波形


R=15Ω,设计的电压调节器为PI调节器:0.8+0.4/s,开关频率为20kHz,输出电压为600V。

仿真波形见图5,由仿真可知m=0.79,δ=20°,由此可见,理论分析与仿真结果基本一致。

4结语

本文提出的一种新的PAC控制方案,相对传统方案而言,不需检测输入电源电压,因而控制更简单,更能降低硬件成本,从而更能体现PAC控制的优点。最后本文通过仿真验证了该方案的正确性。

参考文献

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数关系的仿真研究[J].电气传动,1998,33(2):15-18.

[4]孙涵芳.INTEL16位单片机[M].北京:北京航空航天大

学出版社,1995.

关键字:单位  新型  间接  电流

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0523/article_8978.html
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