基于不同選相控制模式下的多相電機(jī)的選相控制整流技術(shù)研究

賀乾陽

（長沙理工大學(xué)，長沙 410076）

引言

在多相電機(jī)進(jìn)行整流時，自動導(dǎo)通的現(xiàn)象往往會發(fā)生于電壓矢量差值最大的兩相。因此，當(dāng)利用半控或全控器件替代二極管換元器件時實(shí)施控制，可促使非電壓矢量差最大的兩相自然導(dǎo)通，最終可以自主選擇輸出控制多種電壓等級。圖1為六相移60°電機(jī)的電壓波形，電壓波形形狀相互之間對稱，相互間存在相移60°，且各相的交點(diǎn)構(gòu)成了6部分不同區(qū)域。當(dāng)區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ、區(qū)域Ⅲ、區(qū)域Ⅳ、區(qū)域Ⅴ，以及區(qū)域Ⅵ相互隨機(jī)組合，即可實(shí)現(xiàn)五種不同電壓等級的控制輸出。不過，區(qū)域Ⅰ和Ⅱ所組成的區(qū)域控制輸出的電壓過小，研究意義較小。

1 選相控制模式

1.1 選相控制模式一

當(dāng)區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅵ交互點(diǎn)處各相進(jìn)行換相導(dǎo)通時，直流側(cè)和繞組側(cè)的相電壓幅值比為2。輸入的轉(zhuǎn)速不同，機(jī)端電壓也隨之不同，在輸入轉(zhuǎn)速較小的情形下，機(jī)端相電壓也較小。在選相控制時選取電壓空間矢量最大的兩相導(dǎo)通，此時的控制模式為選相控制模式一。

1.2 選相控制模式二

區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅴ的交互點(diǎn)處各相出現(xiàn)換相導(dǎo)通時，直流側(cè)和繞組側(cè)的相電壓幅值比為1.76?？刂聘淖儥C(jī)端電壓的大小，當(dāng)機(jī)端相電壓比選相控制模式一還高時，則導(dǎo)通模式選取選相控制模式二，此種控制模式下，上橋臂二極管和下橋臂的晶閘管將會導(dǎo)通，上橋臂二極管會出現(xiàn)導(dǎo)通T/6現(xiàn)象，而下橋臂晶閘管則可以周期性地兩次導(dǎo)通。

1.3 選相控制模式三

選相控制模式三主要由區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅵ兩個區(qū)域中交互點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)換相導(dǎo)通，直流與繞組兩側(cè)的相電壓幅值比為0.53。機(jī)端輸出的相電壓比選相控制模式二的相電壓還高時，則可以選取選相控制模式三作為導(dǎo)通模式，同其他控制模式一樣，上橋臂二極管和下橋臂的晶閘管將會導(dǎo)通。

1.4 選相控制模式四

選相控制模式四則由區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅲ兩個區(qū)域中的交互點(diǎn)處換相導(dǎo)通，直流與繞組兩側(cè)的相電壓幅值比為0.93。在機(jī)端所控制輸出的相電壓是四種模式中最高的情況下，導(dǎo)通模式可以選取選相控制模式四。同其他控制模式一樣，上橋臂二極管和下橋臂的晶閘管將會導(dǎo)通。當(dāng)導(dǎo)通T/12時，利用此種選相控制模式進(jìn)行整流后，所獲得的直流側(cè)和交流側(cè)的電壓幅值不同，它們之間的比值為0.9，在首次導(dǎo)通的T/12內(nèi)。

2 不同選相控制模式的仿真建模結(jié)果分析

利用MATLAB軟件對選相控制模型展開仿真建模分析，參數(shù)值設(shè)置如表1所示。

表1 選相控制仿真建模參數(shù)值設(shè)置

如果同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持不變，把ω=157 r/min(50 Hz)數(shù)值輸進(jìn)構(gòu)建的選相控制模型中。在不考慮PID的勵磁控制下進(jìn)行選相控制，對各相交點(diǎn)進(jìn)行分析，當(dāng)t=0 s,t=5 s,t=10 s,t=15 s時，分別切換上述四種不同控制模式，轉(zhuǎn)速恒定時仿真建模輸出的結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，如果控制機(jī)端電壓輸出不變，僅對整流拓?fù)渲邢聵虮劬чl管實(shí)施選相控制，即可控制輸出直流側(cè)不同電壓等級。

3 結(jié)論

選取4種不同選相控制模式對多相機(jī)的選相控制整流技術(shù)進(jìn)行研究。利用Simulink對所提出的選相控制模型進(jìn)行仿真建模研究發(fā)現(xiàn)，如果發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓能夠保持恒定，可以通過整流技術(shù)，利用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下橋臂晶閘管實(shí)施選相控制，實(shí)現(xiàn)直流側(cè)多種不同的電壓等級輸出。