发布时间 : 星期三 文章三相PWM整流器研究 - 图文更新完毕开始阅读319f83fe2af90242a995e560
根据仿真结果可以看出，输入电流和输入电压相位差不大，能达到较高的功率因数。从电流波形看。其动态调节过程比较快，能够迅速跟踪网侧电压。直流侧输出平均电压为750V，与给定保持一致。
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3 硬件设计
三相电压型PWM整流器的结构框图如图3-1所示。控制系统检测三相交流侧电源信号和直流侧电压信号，这些信号经过信号调理电路转换成DSP的A/D接口接受范围内的模拟信号，DSP完成输入电压信号的A/D转换、坐标变换、PI调节、SPWM调制等控制任务，DSP输出的SPWM信号经过IPM驱动电路后送至IPM。
图3-1 三相电压型PWM整流电路整体硬件图
3.1 主电路的设计
3.1.1 主功率开关器件的选择
在大功率电力电子器件的应用中，IGBT已取代GTR或者MOSFET成为应用的主流。IGBT的优点在于输入阻抗高、开关损耗小、饱和压降低、开关速度快、热稳定性能好、驱动电路简单等。目前，由IGBT单元构成的功率模块在智能化方面得到迅速发展，智能功率模块IPM（Intelligent Power Module）不仅包括基本组合单元和驱动电路，还具有保护盒报警功能，以其完善的功能和较高的可靠性为我们创造了很好的应用条件，简化了电路设计。
本文设计的三相电压型PWM整流器功率为15KW，三相交流输入电压相电压有效值为220V，主功率开关器件采用IPM来实现。假设效率为90%，则每相输入额定电流有效值为
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IN?15000?25.25A220?3?90%(3?1)
则网侧电流峰值为
INM?25.25?2?35.71A考虑2倍安全系数，取IPM的电流额定为100A。 最大反向电压URM为
(3?2)
URM?2Um在式（3-3）中，Um是电源线电压的振幅值，当电源相电压为220V时
(3?3)
URM?2?2?3?220?1077.58V选URM?1200V。
(3?4)
综合以上分析，选取额定电压为1200V，额定电流为100A的IGBT模块。
3.1.2 交流侧电感的设计
下面从稳态条件下满足功率指标要求和电流波形品质指标两方面讨论交流侧电感的设计。
1）满足功率指标要求的电感设计
当三相电压型PWM整流器在最大功率输出运行时，交流侧电压矢量与电网电动势矢量相位差?/6，此时，交流侧电感上的电压值为
VL?2E?sin?12(3?5)
则流经电感的电流值为
IL?VL??L2E?sin?12(3?6)
?L则每相电网电动势发出或者吸收的有功功率为
P?E?IL?cos?12(3?7)
将式（3-6）带入（3-7）得
E2P?2?L(3?8)
3E2则三相电网电动势发出或者吸收的有功功率为，本文设计的三相电压型PWM
2?L整流器功率为15KW，为了满足功率指标要求，有
3E2?150002?L
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(3?9)
由式（3-9）得
3E2L?30000??(3?10)
将E?220V、??100?代入式（3-10）计算得
L?15.41mH(3?11)
2）满足瞬态电流跟踪指标时的电感设计
除了考虑功率指标外，电感设计还需要考虑满足瞬态电流跟踪指标的要求，既要抑制纹波电流，也要快速跟踪电流。为了抑制谐波电流较大的脉动，此时电感应足够大，以满足抑制谐波电流要求；另一方面，当电流过零时，其变化率最大，此时电感足够小，以满足快速跟踪电流的要求。由于此原理较为复杂，再次不再赘述。查阅相关资料得到满足瞬态电流跟踪指标时的电感取值范围为
2vdcvT?L?dcs3Im?6?imax(3?12)
式（3-12）中，Ts为PWM开关周期，?imax为最大允许谐波电流脉动量。欲使上式成立，需要满足
?imax?Ts?im4(3?13)
综上所述，根据大致计算，不妨设L?10mH。
3.1.3 直流侧电容的设计
电压型PWM整流器直流侧电容主要有以下作用： 1）缓冲VSR交流侧与直流侧的无功能量交换； 2）抑制直流侧电压纹波；
3）当负载发生变化时，支撑直流侧电压，限定直流电压的波动。
一般而言，从满足电压环控制的跟随性指标看，VSR直流侧电容应尽量小，以确保VSR直流侧电压的快速跟踪控制；而从满足电压环控制的抗扰性指标分析，VSR直流侧电容应尽量大，以限制负载扰动时的直流电压动态降落。但是，当满足直流电压跟随性能指标时通常不满足直流电压抗扰性能指标，反之亦然。这就要求在三相VSR电容参数设计过程中，需要根据实际需要，综合考虑直流电压跟随性和抗扰性性能指标，并遵循以下一些准则：
1）直流侧电容的选取应使直流电压保持稳定，峰．峰波动值不超过允许值； 2）所选择的电容器的参数不会影响整个系统的稳定性；
3）负载变化的暂态过程中应能尽量减小电压调节的超调量和过渡时间； 4）中间回路的损耗应保持最小。
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