三相電壓型單位功率因數整流器的新型間接電流控制方案

3一種新的PAC控制方案

3.1新PAC控制方案的原理 由圖2可知傳統的PAC控制除了檢測直流輸出電壓外，還要檢測三相輸入電源電壓。本文提出一種新的PAC控制方案，該方案只檢測直流輸出電壓(這是實(shí)現電壓環(huán)控制所必需的)，因而省去了傳統方案中的三相電源電壓的檢測電路和移相電路，從而使控制得到簡(jiǎn)化。

分析時(shí)假定輸入電感L（輸入電感的電阻很小通?？珊雎裕?、電源角頻率ω、負載電阻R等均為已知。根據三相電壓型PWM整流器主電路各參數和控制參數間的穩態(tài)關(guān)系[3]可知，在單位功率因數(φ=0°)且已知直流輸出電壓Vo的情況下，調制比m與調制角δ必須滿(mǎn)足下式（調制角的含義參見(jiàn)圖4）：δ=arcsin(2)

即單位功率因數時(shí)調制比m與調制角δ只與系統參數ω、L、R等有關(guān)。同時(shí)，當給定輸入電源電壓與直流輸出電壓時(shí)，調制比m與調制角δ又滿(mǎn)足電壓傳輸比的約束關(guān)系[3]:

Gv==(3)

式中：Vm為電網(wǎng)相電壓的幅值。

解式（2）和（3）可得：

m=（4）

由式（4）可見(jiàn)，調制比m只與系統參數與電壓傳輸比Gv有關(guān)。因此，可以通過(guò)電壓環(huán)的調節作用獲取所需的調制比mr.(PI調節器的設計是關(guān)鍵，而在圖2所示的傳統控制方案中電壓環(huán)的作用是產(chǎn)生Im＊)，按照單位功率因數運算法則〔式（2）〕可確定期望的δ，而它的實(shí)現又可避開(kāi)檢測輸入電壓。當電壓調節環(huán)使輸出電壓穩定時(shí)，則相應的mr.、δ必然既滿(mǎn)足電壓傳輸比的約束，又滿(mǎn)足單位功率因數的約束。當輸入交流電壓發(fā)生改變時(shí)，必然會(huì )使Gv發(fā)生波動(dòng)，通過(guò)電壓環(huán)的作用改變mr的值使其工作在另一穩定工作點(diǎn)。

設Vpm為三相輸入端基波相電壓的幅值，穩態(tài)時(shí)單位功率因數時(shí)的單相基波相量圖見(jiàn)圖3（下標1、2分別表示兩種不同的穩態(tài)）。該控制方案的穩態(tài)運行軌跡見(jiàn)圖3中的AB段，最后系統工作于滿(mǎn)足電壓傳輸比的某一點(diǎn)。

該控制方案的原理如圖4所示。從圖4可見(jiàn)，該方案不需檢測輸入電壓，只需提供電源電壓的同步信號即可。PI調節器的輸出經(jīng)限幅后作為調制比參考信號mr，由mr根據單位功率因數控制算法確定出相應的δ。

3.2新方案的仿真驗證

為驗證上述方案，本文用Saber5.1進(jìn)行了仿真。假定系統參數為，Vm=311V，L=5mH，C=1000μF，

圖4一種新的PAC控制方案原理圖

(a)Vo的波形

(b)Va、ia的波形

(c)三相調制電壓波形

圖5新型PAC控制方案的仿真波形

R=15Ω，設計的電壓調節器為PI調節器：0.8＋0.4/s,開(kāi)關(guān)頻率為20kHz，輸出電壓為600V。

仿真波形見(jiàn)圖5，由仿真可知m=0.79,δ=20°,由此可見(jiàn)，理論分析與仿真結果基本一致。

4結語(yǔ)

本文提出的一種新的PAC控制方案，相對傳統方案而言，不需檢測輸入電源電壓，因而控制更簡(jiǎn)單，更能降低硬件成本，從而更能體現PAC控制的優(yōu)點(diǎn)。最后本文通過(guò)仿真驗證了該方案的正確性。