三相电压型单位功率因数整流器的新型间接电流控制方案
三相电压型单位功率因数整流器的新型间接电流控制方案
摘要：基于三相电压型pwm整流器主电路参数和控制参数间的稳态关系，提出一种新的间接电流控制方案。该方案不需检测电源电压，因而使得硬件和成本都得到减少。最后通过仿真验证了该方案。
关键词：三相整流器；功率因数校正；间接电流控制
图1三相电压型整流器主电路拓扑
1引言
三相电压型pwm整流器的控制方式可分为直接电流控制和间接电流控制。间接电流控制[1]又称幅值相位控制(pac)，它对pwm整流器输入电流进行开环控制。尽管间接电流控制的动态响应不及直接电流控制，但由于它开关机理清晰，不需要电流传感器和电流控制回路，故控制简单，所需成本低，因而在对pwm整流器动态性能要求不太高时，pac控制仍有一定的应用场合。本文将提出一种新的间接电流控制方案。
2传统的控制方案[1]
三相电压型pwm整流器主电路见图1。图中vi、vpi、li(其中i=a,b,c)分别是三相输入电源电压、整流器输入端电压、输入电感，r为负载电阻，c为输出滤波电容。假定三相电路系统参数完全对称且开关管均是理想的,不计输入电阻。
间接电流控制是一种基于系统稳态模型的控制策略。传统的pac控制所依赖的静态数学模型是三相静止坐标系下的低频数学模型，参见式（1）[2]：（1）
图2传统的pac控制方案
图3单相基波相量图
式中：ω为电网角频率；
mi（i=a,b,c）为三相调制比；
im为单位功率因数时输入电流基波幅值；
l=la=lb=lc。
在间接电流控制中是不检测电流的，故式(1)中的im应视作控制信号im＊，在稳态时vo即为vref，于是由式(1)即产生了如图2所示典型的控制方案。
3一种新的pac控制方案
3.1新pac控制方案的原理 由图2可知传统的pac控制除了检测直流输出电压外，还要检测三相输入电源电压。本文提出一种新的pac控制方案，该方案只检测直流输出电压(这是实现电压环控制所必需的)，因而省去了传统方案中的三相电源电压的检测电路和移相电路，从而使控制得到简化。
分析时假定输入电感l（输入电感的电阻很小通常可忽略）、电源角频率ω、负载电阻r等均为已知。根据三相电压型pwm整流器主电路各参数和控制参数间的稳态关系[3]可知，在单位功率因数(φ=0°)且已知直流输出电压vo的情况下，调制比m与调制角δ必须满足下式（调制角的含义参见图4）：δ=arcsin(2)
即单位功率因数时调制比m与调制角δ只与系统参数ω、l、r等有关。同时，当给定输入电源电压与直流输出电压时，调制比m与调制角δ又满足电压传输比的约束关系[3]:
gv==(3)
式中：vm为电网相电压的幅值。
解式（2）和（3）可得：
m=（4）
由式（4）可见，调制比m只与系统参数与电压传输比gv有关。因此，可以通过电压环的调节作用获取所需的调制比mr.(pi调节器的设计是关键，而在图2所示的传统控制方案中电压环的作用是产生im＊)，按照单位功率因数运算法则〔式（2）〕可确定期望的δ，而它的实现又可避开检测输入电压。当电压调节环使输出电压稳定时，则相应的mr.、δ必然既满足电压传输比的约束，又满足单位功率因数的约束。当输入交流电压发生改变时，必然会使gv发生波动，通过电压环的作用改变mr的值使其工作在另一稳定工作点。
设vpm为三相输入端基波相电压的幅值，稳态时单位功率因数时的单相基波相量图见图3（下标1、2分别表示两种不同的稳态）。该控制方案的稳态运行轨迹见图3中的ab段，最后系统工作于满足电压传输比的某一点。
该控制方案的原理如图4所示。从图4可见，该方案不需检测输入电压，只需提供电源电压的同步信号即可。pi调节器的输出经限幅后作为调制比参考信号mr，由mr根据单位功率因数控制算法确定出相应的δ。
3.2新方案的仿真验证
为验证上述方案，本文用saber5.1进行了仿真。假定系统参数为，vm=311v，l=5mh，c=1000μf，
图4一种新的pac控制方案原理图
(a)vo的波形
(b)va、ia的波形
(c)三相调制电压波形
图5新型pac控制方案的仿真波形
r=15ω，设计的电压调节器为pi调节器：0.8＋0.4/s,开关频率为20khz，输出电压为600v。
仿真波形见图5，由仿真可知m=0.79,δ=20°,由此可见，理论分析与仿真结果基本一致。
4结语
本文提出的一种新的pac控制方案，相对传统方案而言，不需检测输入电源电压，因而控制更简单，更能降低硬件成本，从而更能体现pac控制的优点。最后本文通过仿真验证了该方案的正确性。
参考文献
[1]juanw.dixonandboon?teckooi.indirectcurrent
controlofaunitypowerfactorsinusoidalcurrentboosttypethree?phaserectifier[j].ieeetrans.onie,1988,35(4):508－515.
[2]c.?t.pan,phdandt.?c.chen,msee.modelingand
analysisofathree?phasepwmac－dcconverterwithoutcurrentsensor[j].ieeetrans.onia,1993:206－211.
[3]郑颖楠，年英梅等.三相ac－dc电压源变流器主电路参
数关系的仿真研究[j].电气传动，1998，33(2)：15－18.
[4]孙涵芳.intel16位单片机[m].北京：北京航空航天大
学出版社,1995.
马自达昂克赛拉“平民宝马”操控性能堪比30万合资车型
锂电池定制的安全性
美国创业公司Agility Robotics宣布其双足机器人Digit现已开售
特斯拉推出软件更新，为各款特斯拉汽车带来了多种不同的功能
二次回路知识详解
三相电压型单位功率因数整流器的新型间接电流控制方案
Momenta的无图智能驾驶方案
深度剖析Linux的epoll机制
科技部加快部署人工智能技术研发和开源开放
国内首台柔性OLED激光切割设备在深圳柔宇科技正式投产
哈佛的折叠机器人或改变医疗保健的模式
什么是迭代器？
工业富联辟谣网传将在印度设新厂不实
三星S8、红色iPhone7 Plus对比评测：三星S8 vs红色iPhone 7Plus，谁更防水？
华为大带宽场景的HDSS解决方案得到了充分的验证
小米组织调整通知 内部都有哪些大变动
这么多手机输入法应该有你喜欢的
RSS模型，为自动驾驶汽车提供更加全面的安全保障
可穿戴设备涉及哪些技术
无人机在移动通信中的应用优势及存在哪些挑战
摘要：基于三相电压型pwm整流器主电路参数和控制参数间的稳态关系，提出一种新的间接电流控制方案。该方案不需检测电源电压，因而使得硬件和成本都得到减少。最后通过仿真验证了该方案。
关键词：三相整流器；功率因数校正；间接电流控制
图1三相电压型整流器主电路拓扑
1引言
三相电压型pwm整流器的控制方式可分为直接电流控制和间接电流控制。间接电流控制[1]又称幅值相位控制(pac)，它对pwm整流器输入电流进行开环控制。尽管间接电流控制的动态响应不及直接电流控制，但由于它开关机理清晰，不需要电流传感器和电流控制回路，故控制简单，所需成本低，因而在对pwm整流器动态性能要求不太高时，pac控制仍有一定的应用场合。本文将提出一种新的间接电流控制方案。
2传统的控制方案[1]
三相电压型pwm整流器主电路见图1。图中vi、vpi、li(其中i=a,b,c)分别是三相输入电源电压、整流器输入端电压、输入电感，r为负载电阻，c为输出滤波电容。假定三相电路系统参数完全对称且开关管均是理想的,不计输入电阻。
间接电流控制是一种基于系统稳态模型的控制策略。传统的pac控制所依赖的静态数学模型是三相静止坐标系下的低频数学模型，参见式（1）[2]：（1）
图2传统的pac控制方案
图3单相基波相量图
式中：ω为电网角频率；
mi（i=a,b,c）为三相调制比；
im为单位功率因数时输入电流基波幅值；
l=la=lb=lc。
在间接电流控制中是不检测电流的，故式(1)中的im应视作控制信号im＊，在稳态时vo即为vref，于是由式(1)即产生了如图2所示典型的控制方案。
3一种新的pac控制方案
3.1新pac控制方案的原理 由图2可知传统的pac控制除了检测直流输出电压外，还要检测三相输入电源电压。本文提出一种新的pac控制方案，该方案只检测直流输出电压(这是实现电压环控制所必需的)，因而省去了传统方案中的三相电源电压的检测电路和移相电路，从而使控制得到简化。
分析时假定输入电感l（输入电感的电阻很小通常可忽略）、电源角频率ω、负载电阻r等均为已知。根据三相电压型pwm整流器主电路各参数和控制参数间的稳态关系[3]可知，在单位功率因数(φ=0°)且已知直流输出电压vo的情况下，调制比m与调制角δ必须满足下式（调制角的含义参见图4）：δ=arcsin(2)
即单位功率因数时调制比m与调制角δ只与系统参数ω、l、r等有关。同时，当给定输入电源电压与直流输出电压时，调制比m与调制角δ又满足电压传输比的约束关系[3]:
gv==(3)
式中：vm为电网相电压的幅值。
解式（2）和（3）可得：
m=（4）
由式（4）可见，调制比m只与系统参数与电压传输比gv有关。因此，可以通过电压环的调节作用获取所需的调制比mr.(pi调节器的设计是关键，而在图2所示的传统控制方案中电压环的作用是产生im＊)，按照单位功率因数运算法则〔式（2）〕可确定期望的δ，而它的实现又可避开检测输入电压。当电压调节环使输出电压稳定时，则相应的mr.、δ必然既满足电压传输比的约束，又满足单位功率因数的约束。当输入交流电压发生改变时，必然会使gv发生波动，通过电压环的作用改变mr的值使其工作在另一稳定工作点。
设vpm为三相输入端基波相电压的幅值，稳态时单位功率因数时的单相基波相量图见图3（下标1、2分别表示两种不同的稳态）。该控制方案的稳态运行轨迹见图3中的ab段，最后系统工作于满足电压传输比的某一点。
该控制方案的原理如图4所示。从图4可见，该方案不需检测输入电压，只需提供电源电压的同步信号即可。pi调节器的输出经限幅后作为调制比参考信号mr，由mr根据单位功率因数控制算法确定出相应的δ。
3.2新方案的仿真验证
为验证上述方案，本文用saber5.1进行了仿真。假定系统参数为，vm=311v，l=5mh，c=1000μf，
图4一种新的pac控制方案原理图
(a)vo的波形
(b)va、ia的波形
(c)三相调制电压波形
图5新型pac控制方案的仿真波形
r=15ω，设计的电压调节器为pi调节器：0.8＋0.4/s,开关频率为20khz，输出电压为600v。
仿真波形见图5，由仿真可知m=0.79,δ=20°,由此可见，理论分析与仿真结果基本一致。
4结语
本文提出的一种新的pac控制方案，相对传统方案而言，不需检测输入电源电压，因而控制更简单，更能降低硬件成本，从而更能体现pac控制的优点。最后本文通过仿真验证了该方案的正确性。
参考文献
[1]juanw.dixonandboon?teckooi.indirectcurrent
controlofaunitypowerfactorsinusoidalcurrentboosttypethree?phaserectifier[j].ieeetrans.onie,1988,35(4):508－515.
[2]c.?t.pan,phdandt.?c.chen,msee.modelingand
analysisofathree?phasepwmac－dcconverterwithoutcurrentsensor[j].ieeetrans.onia,1993:206－211.
[3]郑颖楠，年英梅等.三相ac－dc电压源变流器主电路参
数关系的仿真研究[j].电气传动，1998，33(2)：15－18.
[4]孙涵芳.intel16位单片机[m].北京：北京航空航天大
学出版社,1995.
马自达昂克赛拉“平民宝马”操控性能堪比30万合资车型
锂电池定制的安全性
美国创业公司Agility Robotics宣布其双足机器人Digit现已开售
特斯拉推出软件更新，为各款特斯拉汽车带来了多种不同的功能
二次回路知识详解
三相电压型单位功率因数整流器的新型间接电流控制方案
Momenta的无图智能驾驶方案
深度剖析Linux的epoll机制
科技部加快部署人工智能技术研发和开源开放
国内首台柔性OLED激光切割设备在深圳柔宇科技正式投产
哈佛的折叠机器人或改变医疗保健的模式
什么是迭代器？
工业富联辟谣网传将在印度设新厂不实
三星S8、红色iPhone7 Plus对比评测：三星S8 vs红色iPhone 7Plus，谁更防水？
华为大带宽场景的HDSS解决方案得到了充分的验证
小米组织调整通知 内部都有哪些大变动
这么多手机输入法应该有你喜欢的
RSS模型，为自动驾驶汽车提供更加全面的安全保障
可穿戴设备涉及哪些技术
无人机在移动通信中的应用优势及存在哪些挑战