基于SVPWM的三相混合開(kāi)關(guān)電流型整流器的優(yōu)化控制策略研究

傳統的大功率整流器在從電網(wǎng)取電時(shí)，由于大功率電子器件的作用以及無(wú)功元器件的影響，大量的諧波電流被注入到電力系統，使電網(wǎng)中的諧波水平逐年增高。諧波對從電網(wǎng)取電的其他設備將會(huì )造成一些嚴重的威脅。為解決大功率變流裝置對電網(wǎng)的干擾：一是加接濾波器來(lái)提供諧波電流的通路；另外一個(gè)更加有效的方法是增加整流相數，即增加整流電壓的脈波數，如多脈波整流橋和PWM整流橋等。

三相PWM整流器通過(guò)將網(wǎng)側電流或電壓調制成高頻的PWM脈沖波，經(jīng)濾除網(wǎng)側電流的高頻諧波及其倍頻諧波，其網(wǎng)側諧波失真率完全可以達到國家安全標準。圖1是三相PWM電流型整流器[2]，大功率條件下電路需使用大功率開(kāi)關(guān)管，如IGBT、IGCT、IECT等可控高頻開(kāi)關(guān)管來(lái)實(shí)現。但這些管子價(jià)格昂貴，后兩者目前只有少數國外公司能生產(chǎn)，故不能廣泛應用。

處于研究領(lǐng)域的三相混合開(kāi)關(guān)PWM電流型整流器如圖2所示。該電路的輸出電壓具有降壓特性；網(wǎng)側電流諧波分量??；電路的輸出側電感使電路更穩定安全；使用晶閘管使該電路具有成本優(yōu)勢。該電路可適用于電機驅動(dòng)和金屬熱處理工業(yè)。

圖1 傳統的三相PWM電流型整流器 圖2 三相混合開(kāi)關(guān)PWM電流型整流器

1 電路拓撲

三相混合開(kāi)關(guān)PWM電流型整流器相比較傳統的三相PWM電流型整流器[3][4]，具有以下特點(diǎn)：在整流橋部分使用6個(gè)晶閘管替代了6個(gè)IGBT；僅使用一個(gè)開(kāi)關(guān)管（如IGBT）與晶閘管整流橋串聯(lián)，IGBT能強制關(guān)斷整流橋中已導通的晶閘管，這樣可使晶閘管整流橋具有脈寬調制的能力。由于晶閘管沒(méi)有擎住效應限制，其電流特性比IGBT好，而且其導通壓降也小于IGBT，可提高電路的效率。圖2中IGBT關(guān)掉后，晶閘管由導通恢復到正向阻斷狀態(tài)需要一定的時(shí)間[5],故晶閘管的關(guān)斷特性將限制電路的工作頻率。為提高工作頻率來(lái)減小濾波器的體積和成本，必須減小晶閘管關(guān)斷恢復時(shí)間TOFF，或者優(yōu)化控制策略來(lái)分配給晶閘管更多的關(guān)斷時(shí)間。為縮減TOFF，可以給已開(kāi)通的晶閘管提供反壓來(lái)加速其反向恢復過(guò)程，如圖3所示的系統框圖，增加了反壓電路網(wǎng)絡(luò )（Q2和Umax）以及控制電路驅動(dòng)電路。反壓網(wǎng)絡(luò )只需提供給晶閘管反向恢復電流，所以普通功率等級的開(kāi)關(guān)管即可滿(mǎn)足Q2的要求。提供反壓的電壓源Umax 是通過(guò)工頻變壓器將網(wǎng)側電壓升壓，再經(jīng)二極管整流橋整流后加到穩壓電容上，經(jīng)濾波得到。

圖3 增加反壓電路的混合開(kāi)關(guān)PWM電流型整流器

2電流型空間矢量控制策略