三相四開關(guān)整流器的研制

東莞理工學(xué)院電子工程與智能化學(xué)院 賴宇威 張 志 付 威 黃鵬峰 張潤超

深圳市同立方科技有限公司 葉曉東

三相四開關(guān)整流器拓?fù)渚哂泄β势骷?、成本低、裝置體積小、效率高和開關(guān)損耗低等優(yōu)點，同時又可作為三相六開關(guān)整流器故障時的容錯拓?fù)?，因此三相四開關(guān)整流器受到廣泛關(guān)注。本文首先介紹了三相四開關(guān)整流器的主電路，并且提出一種電流前饋型解耦的電壓電流雙閉環(huán)控制策略。為了抑制直流側(cè)兩電容電壓不平衡的情況，采用了一種前饋補(bǔ)償?shù)目刂撇呗?，實現(xiàn)直流側(cè)兩電容電壓的平衡控制，并進(jìn)行仿真實驗驗證了所提出控制策略的正確性和可行性。

1 三相四開關(guān)整流器的系統(tǒng)硬件設(shè)計

三相四開關(guān)整流器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

三相四開關(guān)整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，基于三相電流和為零的原理，應(yīng)用兩個電容代替兩個開關(guān)管組成一組橋臂，整流側(cè)將輸入的三相交流電流整流為直流電輸入到連個電容中間點。同時采用四個開關(guān)管組成另外兩組橋臂，交流側(cè)的電感用于儲存和釋放能量，負(fù)載側(cè)采用電阻模擬負(fù)載應(yīng)用。

2 三相四開關(guān)整流器的控制策略

與傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制技術(shù)（SPWM）相比，基于SVPWM調(diào)制技術(shù)的三相整流拓?fù)涞闹绷麟妷豪寐矢?，功率管的開關(guān)損耗率也更低并且擁有更好的動態(tài)性能，且在實現(xiàn)的手法上更加簡單易行，所以本文采用SVPWM的調(diào)制方式。

2.1 帶前饋解耦的電流閉環(huán)控制

由于三相電流的dq軸分量之間存在交錯耦合，在這種耦合狀態(tài)下對電路的系統(tǒng)控制難度將會大大提升，所以在進(jìn)行電流控制要先進(jìn)行解耦。在采用PI控制的電流內(nèi)環(huán)中加入三相電流的有功分量Id和無功分量Iq解耦，控制方程為：

依據(jù)電流內(nèi)環(huán)的對稱性，只要對Id的控制設(shè)計就能同時得到Iq的控制設(shè)計。

2.2 電壓閉環(huán)控制

圖1 三相四開關(guān)整流器主電路拓?fù)?/p>

圖2 系統(tǒng)控制框圖

圖3 三相四開關(guān)整流器主電路

圖4 三相四開關(guān)整流器控制部分

圖5 網(wǎng)側(cè)電壓電流波形

圖6 直流側(cè)負(fù)載電壓

圖7 直流側(cè)電流

當(dāng)直流側(cè)電壓不穩(wěn)定時將會產(chǎn)生較大的波動，不利于能量的儲能釋能變換狀態(tài)。因此可以在上一節(jié)所說得電流內(nèi)環(huán)的控制基礎(chǔ)上加入電壓外環(huán)，采用電壓電流雙環(huán)控制，其控制流程如圖2所示。

3 MATLAB仿真的搭建

圖3所示為使用Simulink搭建的三相四開關(guān)整流器的主電路，其中包括三相電源、整流橋、負(fù)載、控制電路等。部分參數(shù)選擇為：電感2mH，負(fù)載電阻100，電容2000。

3.1 控制電路

圖4所示為三相四開關(guān)整流器的控制部分，其中主要包括坐標(biāo)變換、相位角計算、電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)、前饋解耦等組成。

3.2 仿真結(jié)果與分析

從圖5所示可以看出，網(wǎng)側(cè)電壓電流的相位基本一致，表明其功率因數(shù)接近1，三相電流畸變率小于10%。從圖6、7所示看出，直流側(cè)負(fù)載電壓基本穩(wěn)定在70V，電流在穩(wěn)定在0.7A。仿真驗證了該方案的可行性，符合課題要求。

4 結(jié)論

本文以TMS320F25035芯片為核心處理器，展開對三相四開關(guān)整流器的拓?fù)溲芯?，以下為本文主要研究部分?/p>

（1）介紹三相四開關(guān)整流器的背景與應(yīng)用，分析其工作原理。

（2）說明一種基于前饋補(bǔ)償?shù)碾娙蓦妷翰黄胶庖种撇呗浴?/p>

（3）硬件上說明各個電路的原理及設(shè)計方案。

（4）通過MATLAB仿真驗證實驗可行性并進(jìn)一步搭建實物驗證理論的合理性與正確性。