基于滯環控制的三相高功率因數整流器

王 超，張代潤，張 竹，黃念慈

(四川大學，四川 成都 610065)

基于滯環控制的三相高功率因數整流器

王 超，張代潤，張 竹，黃念慈

(四川大學，四川 成都 610065)

目前大多數整流裝置使用二極管或晶閘管整流，這些整流方式存在諧波污染大、功率因數低的問題。針對諧波問題提出了很多方法，如有源濾波、多重化技術，但這些方法沒有從根本上解決諧波問題。三相高功率因數整流器不產生諧波，且可在高功率因數下運行，控制方法也較為靈活。在此介紹了該整流器主電路結構及其控制方法，詳細分析了用滯環比較策略產生開關管控制信號的方法。用Matlab對該控制方法進行仿真，驗證了方法的可行性。

諧波；高功率因數；滯環比較

0 前言

傳統的整流電路采用二極管整流或晶閘管相控整流電路來獲得直流電壓，這些變流裝置的網側電流絕大多數是非正弦，會產生大量的諧波電流和無功，對電網造成嚴重的污染；同時，整流裝置的功率因數也較低。目前，電流諧波可采用在整流裝置的輸入端加入濾波器，或利用有源濾波技術來抑制諧波，改善電能質量。但這些方法沒有從根本上解決整流裝置產生的污染問題，解決污染的根本措施是使變流裝置實現網側電流的正弦化，并且運行于單位功率因數。

隨著電力電子技術的發展，出現了性能各異的全控型功率開關，各種控制方法也不斷涌現。將PWM技術引入整流器的控制中，實現了網側電流的正弦化和單位功率因數運行，使電能得到高效率的使用。

1 三相高功率因數整流器主電路結構及其控制

主電路采用三相橋式整流電路，如圖1所示。整流橋由六個全控型器件IGBT組成。電感將電網與整流器的交流側隔離，同時，還具有濾波的功能，可以濾除開關器件因開通和關斷產生的高頻諧波。整流器的輸出接一直流電容，穩定直流輸出電壓。主電路采用全控型器件，為實現電流的正弦化和單位功率因數運行，需對電網電壓進行實時跟蹤，以控制開關器件的開通和關斷，因此，控制方法比晶閘管整流更加復雜。滯環電流控制具有較快的電流響應，且電流跟蹤動態偏差由滯環寬度確定，是一種優良的控制策略。系統控制框圖(三相中的一相)如圖2所示。

圖1 主電路結構

圖2 控制框圖

比較直流側電壓和參考電壓，經過濾波環節和PI調節后，與電網電壓同步信號相乘，得到電流指令信號i*，電流指令信號與電網側實際電流i比較，得到誤差電流Δ i，誤差電流經滯環比較器后，輸出控制脈沖，控制開關管開通和關斷。

2 滯環比較原理

滯環比較原理如圖3所示。H為滯環寬度。對于A相，假設網側電流ia＞0，IGBT4導通，則A相電流從ia*-0.5H上升到ia*+0.5H，當A相電流ia＞ia*+0.5H后，開關管立即斷開，此時，由二極管VD1續流，電流從ia*+0.5H下降到ia*-0.5H；當A相電流ia＜ia*-0.5H后，IGBT4又導通，如此循環。若網側電流ia＜0，則IGBT1導通，IGBT4關斷；或IGBT1關斷，此時VD4續流。其他兩相可做類似的分析。

3 仿真電路與控制

仿真采用Matlab軟件中的simpower system模塊。仿真主電路和控制系統如圖4所示。仿真參數為：電網電壓120 V，50 Hz交流；電感L1、L2、L3均為1 mH；電容5 000μF；直流側參考電壓Uref＝300 V。

純阻性電阻時仿真波形如圖5所示，負載為電阻10 Ω。阻容性電阻時仿真波形如圖6所示，負載為100μ F電容，5Ω電阻。阻感性電阻時仿真波形如圖7所示，負載為1mH電感，10 Ω電阻。

圖5 純阻性負載

4 結論

傳統的整流裝置產生大量的諧波，對電網造成嚴重污染。隨著對電能質量的要求越來越高，傳統的半控或不可控整流已經不能滿足要求，研究綠色、高效、性能可靠的整流裝置顯得更加迫切。三相高功率因數整流器是實現“綠色”、高效的整流裝置。采用滯環比較控制策略跟蹤電網電壓，能夠較好地實現整流裝置的高功率因數運行，而且基本不會對電網產生諧波污染，是一種較好的控制方法。仿真結果顯示，該方法對阻性、阻容性、阻感性負載都有較好的結果。

Three-Phase high power factor rectifier based on hysteresis control

WANG Chao，ZHANG Dai-run，ZHANG Zhu，HUANG Nian-ci
(Sichuan University，Chengdu 610065，China)

Now diodes and thyristors are used in many rectifying devices.The common problems of those devices are high harmonic content in grid current and low power factor.Aiming at the question of harmonic waves,many methods are proposed by experts，such as active power filters，multiple technology，and so on.However，harmonic waves are not elimilated radically.Three-Phase high power factor rectifier has the advantages of not causing harmonic current，operating in high power factor,and flexible controling.The main circuit structure and control method of the three-phase high power factor rectifier are presented in this paper.Also，the principle of hysteresis control which outputs the PWM signals to drive IGBT is introduced in detail.The possibility of the hysteresis control used in three-phase high power factor rectifier is verified by simulation of Matlab.

harmonic waves；high power factor；hysteresis control

TG434.4

A

1001-2303(2010)01-0044-03

2009-02-06；

2009-10-11

王 超(1984—)，男，四川德昌人，碩士，主要從事電力電子與電力傳動方面的研究工作。