【文章內(nèi)容簡介】 （）（3）當= 01時， (c)。此時，電流上升， 0，通過D2和D3形成回路，并滿足關(guān)系式（）。 （）在任意瞬間，電路可以工作于上述開關(guān)模式中的一種。在不同時區(qū)，可以工作于不同模式，以保證輸出電流的雙向流動，即實現(xiàn)能量雙向流動。從單相工作原理可以看到當電容充電時，主要依靠IGBT并聯(lián)的二極管工作，輸入電感釋放能量，輸入電流變化取決于輸入電壓正負；當電容放電時，主要依靠IGBT本身和二極管工作，輸入電感儲存能量輸入電流的變化同樣取決于輸入電壓正負。這是Boost性電路拓撲和IGBT所決定的工作方式。 各個開關(guān)邏輯狀態(tài)的等效電路 三相PWM整流器工作原理 三相電壓型PWM整流器在整流運行時，主電路工作情況與單相電壓型PWM整流電路相同。只是電路的組合較為復雜，其它運行狀態(tài)也同單相一樣。在穩(wěn)態(tài)工作時，整流器輸出直流電壓不變，開關(guān)器件按照正弦規(guī)律作脈寬調(diào)制，整流器交流側(cè)的輸出電壓和逆變器是相同的。由于輸入電感的濾波作用，忽略整流器交流側(cè)輸出交流電壓的諧波，變換器可以看作可控正弦三相電壓源。它與電網(wǎng)正弦電壓共同作用于輸入電感L,產(chǎn)生正弦輸入電流。因此，適當調(diào)節(jié)可控電壓幅值和相位，可以獲得所需大小和相位的輸入電流。假定電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)輸入電流可以表示為： 上式中、分別是電網(wǎng)電壓和輸入電流的幅值，ω是角頻率，θ是輸入電流超前電壓的角度，假設(shè)三相電流對稱。因此。這是研究三相電壓型PWM整流器數(shù)學模型和矢量關(guān)系的基礎(chǔ)。 三相PWM整流器的拓撲結(jié)構(gòu)PWM整流器分為電壓型和電流型兩類。電壓型PWM整流器主電路拓撲結(jié)構(gòu)有多種類型。為了論述方便，以下把這種整流器簡稱三相VSR(Voltage Source Rectifier)[1]。三相電壓型PWM整流器最顯著的拓撲特征就是直流側(cè)采用電容進行直流儲能，從而使它的直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性，同時在交流側(cè)有一個電感，使它具有Boost AC/DC變換性能以及交流側(cè)受控電流源特性。 三相電壓型PWM整流器各矢量之間的關(guān)系 三相VSR的拓撲圖 三相PWM整流器的數(shù)學模型當整流器開關(guān)頻率遠高于電網(wǎng)基波頻率時，為簡化整流器的一般數(shù)學描述，可忽略整流器開關(guān)函數(shù)描述模型中的高頻分量，即只考慮其中的低頻分量，從而獲得低頻模型。通過整流器的低頻模型，可以得出穩(wěn)態(tài)時整流器的向量圖，通過幾何圖形可以清晰的表示出整流器的工作機理和各物理量之間的關(guān)系。此數(shù)學模型非常適合于控制系統(tǒng)的設(shè)計，并可直接用于控制器設(shè)計。 在三相abc靜止坐標系中的模型所謂三相VSR的一般數(shù)學模型就是根據(jù)它的拓撲結(jié)構(gòu)，在三相靜止坐標系中，利用電路基本定律（基爾霍夫電壓、電流定律）對三相VSR建立的一般數(shù)學描述。但針對三相VSR一般數(shù)學模型的建立，通常還需作以下假設(shè)：（1）電網(wǎng)電動勢為三相平穩(wěn)的純正弦波電動勢。（2）網(wǎng)側(cè)濾波電感L是線性的，且不考慮飽和。（3）忽略開關(guān)管的損耗。（a）, N為電網(wǎng)中點，G為輸出濾波電容的中點，為電網(wǎng)電壓，為整流器輸入電壓，為輸入電流，為整流器輸出直流電壓，為整流器直流側(cè)輸出電流，為負載電流。不計高次諧波，整流器輸入電壓為工頻正弦波。當輸入電網(wǎng)電壓和整流器三相控制電壓對稱時，電網(wǎng)中點N和電容中點G的電位相等，三相電路互相獨立，（b）為A相等效電路的向量圖。（a）整流器低頻等效電路模型 （b）A相向量圖 整流器輸入側(cè)等效電路和向量圖設(shè)電網(wǎng)電壓為： （）對于單位功率因數(shù)正弦波電流控制，三相VSR網(wǎng)側(cè)電流為： （）為簡化控制系統(tǒng)設(shè)計，當開關(guān)頻率遠高于電網(wǎng)電動勢基波頻率時，可忽略PWM諧波分量，即只考慮開關(guān)函數(shù)（）的低頻分量，則： （）其中是開關(guān)函數(shù)基波初始相位角，；是PWM調(diào)制比，對于SVPWM調(diào)制而言。 （）式中，為整流器輸出電壓。整流器瞬時輸入功率為： （）將式()、()、()代入式()可得： （）整流器瞬時輸出功率為： （） 不計整流器輸入電感的等效電阻，假設(shè)整流橋為無損網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)功率平衡原理，整流器的瞬時輸入功率等于瞬時輸出功率。令式()和式()相等可得整流器輸出電流為： （）由上式可知，當三相輸入電壓和電流對稱時，整流器輸出電流為恒定的直流，輸出濾波電容無低頻電流通過。這點是三相VSR不同于單相VSR之處，三相VSR輸入瞬時功率恒定，而單相整流器輸入功率不恒定，功率分量中含有的低頻分量。因此，單相VSR的輸出濾波電容具有濾除高頻紋波和低頻紋波的雙重功能，而三相VSR的輸出濾波電容只濾除高次諧波，容量可以比單相的小。整流器直流側(cè)方程為： （） 將式()代入()得：. （）式()中令可得整流器穩(wěn)態(tài)時的輸出電壓表達式： （），三相VSR交流側(cè)的低頻方程為： （）從式（）可以看出，整流器三相輸入電流受開關(guān)函數(shù)的控制。不管采用何種控制策略，對整流器輸入電流的控制都是通過調(diào)節(jié)控制電壓實現(xiàn)的，而實現(xiàn)該電壓控制的也就是，這就是三相VSR控制的實質(zhì)。從穩(wěn)態(tài)向量圖可以看出，通過調(diào)節(jié)控制電壓的幅值和相位，整流器輸入電流向量可以位于任意象限，即整流器可以實現(xiàn)四象限運行。 在兩相αβ靜止坐標系中的數(shù)學模型由三相系統(tǒng)向兩相系統(tǒng)變換時，存在，兩種變換方式，即分別為“等量”變換和“等功率”變換。而坐標變換又是通用矢量分解等效的結(jié)果。三相物理量可以用一個空間旋轉(zhuǎn)矢量在三個靜止對稱軸（，）上的投影來表示，這個旋轉(zhuǎn)矢量也就是通用矢量。而“等量”坐標變換，是指某一坐標系中的通用矢量與變換后的另一坐標系中的通用矢量相等的坐標變換?！暗裙β省弊儞Q是指坐標變換前后功率相等的坐標變換。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)具體要求任意選用以上兩種坐標變換，一般情況下，常選用“等量”坐標變換，而在需要矩陣逆變換時，選用“等功率”坐標變換。本文選用“等量”的坐標變換。那么從三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系的變換為： （）從兩相靜止坐標到三相靜止坐標的變換陣為： （）以上式中，若針對三相VSR討論，則有： （）使用變換矩陣，把式()變到坐標系下的數(shù)學模型如下： （） 式中為坐標系下單極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)。 在兩相dq旋轉(zhuǎn)坐標系中的數(shù)學模型假設(shè)坐標的軸在初始時刻和電網(wǎng)電壓矢量重合，具體轉(zhuǎn)換的表達式如下： 電壓定向的穩(wěn)態(tài)矢量圖解 （） （） 其中＝。使用變換矩陣，把式()變到坐標系下的數(shù)學模型如下： （） 其中＝，＝。本章通過分析PWM整流器的原理，揭示了PWM整流器具有改善功率因數(shù)、實現(xiàn)電能回饋的原因。本文選擇了應(yīng)用最廣泛的三線六開關(guān)主電路拓撲結(jié)構(gòu)作為三相電壓型PWM整流器的研究對象。本章分別在靜止和旋轉(zhuǎn)坐標系下建立了相應(yīng)的數(shù)學模型，為以后控制策略的研究打下了基礎(chǔ)。3 三相VSR的控制策略研究VSR的原理和建模的分析表明:VSR工作時，能在穩(wěn)定直流側(cè)電壓的同時，實現(xiàn)其交流側(cè)在受控功率因數(shù)（如單位功率因數(shù)）條件下的正弦波電流控制。另一方面，常規(guī)的VSR控制系統(tǒng)一般采用雙閉環(huán)控制，及電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)控制。在VSR雙閉環(huán)控制設(shè)計中，電流控制動態(tài)性能直接影響VSR電壓外環(huán)控制性能。目前，三相VSR網(wǎng)側(cè)電流控制策略分為兩類：一類是間接電流控制策略；另一類是目前占主要地位的直接電流控制策略。間接電流控制實際上就是所謂的幅相電流控制。這種控制方案穩(wěn)定性不好，電流動態(tài)響應(yīng)慢，對系統(tǒng)參數(shù)變化敏感，因此它已逐步被直接電流控制策略所代替。直接電流控制相對于間接電流控制有著快速電流響應(yīng)和良好的魯棒性。具體包括：基于靜止坐標的PI調(diào)節(jié)，基于同步旋轉(zhuǎn)坐標的PI調(diào)節(jié)以及直接功率控制方式。本章主要討論空間矢量定向的雙閉環(huán)直接電流控制方式。 空間矢量控制方式(SVPWM) 三相VSR空間電壓矢量分布。PWM控制的關(guān)鍵是確定六個開關(guān)管的開通狀態(tài)和時間，其導通狀態(tài)必須滿足：同一時間只有三個開關(guān)管處于導通狀態(tài)，而另外三個管子關(guān)斷；同一橋臂上兩個管子的狀態(tài)互補, 避免上、下橋臂直通。定義整流器交流側(cè)輸入電壓的空間矢量： （）根據(jù)功率管不同的開通和關(guān)斷狀態(tài)，整流器有八種導通模式，對應(yīng)八個空間電壓矢量：，，，。其中～為基本有效矢量，、為零矢量。在一個載波周期內(nèi)，開關(guān)管的導通總是以零矢量開始并以零矢量結(jié)束。用六個基本有效矢量和兩個零矢量去逼近參考電壓，整流器的輸入端會得到等效的三相正弦波。這樣對任一空間電壓矢量就可以用兩個相鄰的非零矢量和兩個零矢量去逼近，使三相橋的輸入端電壓為等效正弦波。若在第一扇區(qū),則有： （）式中和為空間矢量和分別的作用時間，通過和可以計算出每相開關(guān)管開通的時間。為一個PWM周期。 SVP