基于不同選相控制模式下的多相電機的選相控制整流技術研究

賀乾陽

（長沙理工大學，長沙 410076）

引言

在多相電機進行整流時，自動導通的現象往往會發生于電壓矢量差值最大的兩相。因此，當利用半控或全控器件替代二極管換元器件時實施控制，可促使非電壓矢量差最大的兩相自然導通，最終可以自主選擇輸出控制多種電壓等級。圖1為六相移60°電機的電壓波形，電壓波形形狀相互之間對稱，相互間存在相移60°，且各相的交點構成了6部分不同區域。當區域Ⅰ和區域Ⅱ、區域Ⅲ、區域Ⅳ、區域Ⅴ，以及區域Ⅵ相互隨機組合，即可實現五種不同電壓等級的控制輸出。不過，區域Ⅰ和Ⅱ所組成的區域控制輸出的電壓過小，研究意義較小。

1 選相控制模式

1.1 選相控制模式一

當區域Ⅰ和區域Ⅵ交互點處各相進行換相導通時，直流側和繞組側的相電壓幅值比為2。輸入的轉速不同，機端電壓也隨之不同，在輸入轉速較小的情形下，機端相電壓也較小。在選相控制時選取電壓空間矢量最大的兩相導通，此時的控制模式為選相控制模式一。

1.2 選相控制模式二

區域Ⅰ和區域Ⅴ的交互點處各相出現換相導通時，直流側和繞組側的相電壓幅值比為1.76?？刂聘淖儥C端電壓的大小，當機端相電壓比選相控制模式一還高時，則導通模式選取選相控制模式二，此種控制模式下，上橋臂二極管和下橋臂的晶閘管將會導通，上橋臂二極管會出現導通T/6現象，而下橋臂晶閘管則可以周期性地兩次導通。

1.3 選相控制模式三

選相控制模式三主要由區域Ⅰ和區域Ⅵ兩個區域中交互點處實現換相導通，直流與繞組兩側的相電壓幅值比為0.53。機端輸出的相電壓比選相控制模式二的相電壓還高時，則可以選取選相控制模式三作為導通模式，同其他控制模式一樣，上橋臂二極管和下橋臂的晶閘管將會導通。

1.4 選相控制模式四

選相控制模式四則由區域Ⅰ和區域Ⅲ兩個區域中的交互點處換相導通，直流與繞組兩側的相電壓幅值比為0.93。在機端所控制輸出的相電壓是四種模式中最高的情況下，導通模式可以選取選相控制模式四。同其他控制模式一樣，上橋臂二極管和下橋臂的晶閘管將會導通。當導通T/12時，利用此種選相控制模式進行整流后，所獲得的直流側和交流側的電壓幅值不同，它們之間的比值為0.9，在首次導通的T/12內。

2 不同選相控制模式的仿真建模結果分析

利用MATLAB軟件對選相控制模型展開仿真建模分析，參數值設置如表1所示。

表1 選相控制仿真建模參數值設置

如果同步發電機的轉速保持不變，把ω=157 r/min(50 Hz)數值輸進構建的選相控制模型中。在不考慮PID的勵磁控制下進行選相控制，對各相交點進行分析，當t=0 s,t=5 s,t=10 s,t=15 s時，分別切換上述四種不同控制模式，轉速恒定時仿真建模輸出的結果如圖2所示。由圖2可知，如果控制機端電壓輸出不變，僅對整流拓撲中下橋臂晶閘管實施選相控制，即可控制輸出直流側不同電壓等級。

3 結論

選取4種不同選相控制模式對多相機的選相控制整流技術進行研究。利用Simulink對所提出的選相控制模型進行仿真建模研究發現，如果發電機機端電壓能夠保持恒定，可以通過整流技術，利用拓撲結構下橋臂晶閘管實施選相控制，實現直流側多種不同的電壓等級輸出。