功率因數閉環(huán)控制的PWM整流器設計

1. 引言

近幾年來(lái)，隨著(zhù)電力電子裝置的應用日益廣泛，電網(wǎng)中諧波電流和無(wú)功功率對電力系統的污染也日益嚴重。消除諧波污染并提高功率因數，已經(jīng)成為電力電子技術(shù)中的一個(gè)重大課題。作為解決這一問(wèn)題的途徑之一，能夠實(shí)現任意功率因數運行，直流輸出穩定，動(dòng)態(tài)響應好，且幾乎不產(chǎn)生諧波的PWM 整流器已得到廣泛的研究。
針對以上課題，本文提出了一種功率因數閉環(huán)控制，可以實(shí)現功率因數實(shí)時(shí)調節的PWM整流器。在克服電流諧波污染的同時(shí)，可以通過(guò)對功率因數的調整，對電網(wǎng)的無(wú)功功率進(jìn)行一定的補償。

2. PWM整流原理

三相PWM整流器主電路結構如圖1所示，主要包括交流側的電感、電阻、直流電容、以及由全控開(kāi)關(guān)器件（IGBT）和續流二極管組成的三相全橋電路。Ua、 Ub、Uc為三相交流電源，RL為負載。通過(guò)適當的策略控制三相全橋電路中的六個(gè)全控開(kāi)關(guān)器件V1~V6的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，便可以在直流側得到穩定的電壓輸出，同時(shí)保證交流側電流相位可控，且諧波小。常用的控制方案包括電流跟蹤和矢量控制等。[1]

圖1所示的三項PWM整流器主電路中，假設電網(wǎng)電壓三相對稱(chēng)且穩定；開(kāi)關(guān)器件理想，沒(méi)有過(guò)渡過(guò)程，其通斷狀態(tài)由開(kāi)關(guān)函數描述，開(kāi)關(guān)函數定義為 ?？梢缘玫诫娮栊载撦dRL情況下，三相PWM整流器在A(yíng)BC坐標系中的一般數學(xué)模型為[1]：

(1)
電流跟蹤PWM整流器中，利用上下橋臂的開(kāi)通與關(guān)斷控制相應相電流的瞬時(shí)值，使交流電流嚴格跟蹤三相參考電流，實(shí)現對功率因數的控制。如圖2所示。三相參考電流的相位由交流電壓相位和功率因數設定決定，而其幅值則與直流側電壓有關(guān)。