基于滞环控制的三相高功率因数整流器

王 超，张代润，张 竹，黄念慈

(四川大学，四川 成都 610065)

基于滞环控制的三相高功率因数整流器

王 超，张代润，张 竹，黄念慈

(四川大学，四川 成都 610065)

目前大多数整流装置使用二极管或晶闸管整流，这些整流方式存在谐波污染大、功率因数低的问题。针对谐波问题提出了很多方法，如有源滤波、多重化技术，但这些方法没有从根本上解决谐波问题。三相高功率因数整流器不产生谐波，且可在高功率因数下运行，控制方法也较为灵活。在此介绍了该整流器主电路结构及其控制方法，详细分析了用滞环比较策略产生开关管控制信号的方法。用Matlab对该控制方法进行仿真，验证了方法的可行性。

谐波；高功率因数；滞环比较

0 前言

传统的整流电路采用二极管整流或晶闸管相控整流电路来获得直流电压，这些变流装置的网侧电流绝大多数是非正弦，会产生大量的谐波电流和无功，对电网造成严重的污染；同时，整流装置的功率因数也较低。目前，电流谐波可采用在整流装置的输入端加入滤波器，或利用有源滤波技术来抑制谐波，改善电能质量。但这些方法没有从根本上解决整流装置产生的污染问题，解决污染的根本措施是使变流装置实现网侧电流的正弦化，并且运行于单位功率因数。

随着电力电子技术的发展，出现了性能各异的全控型功率开关，各种控制方法也不断涌现。将PWM技术引入整流器的控制中，实现了网侧电流的正弦化和单位功率因数运行，使电能得到高效率的使用。

1 三相高功率因数整流器主电路结构及其控制

主电路采用三相桥式整流电路，如图1所示。整流桥由六个全控型器件IGBT组成。电感将电网与整流器的交流侧隔离，同时，还具有滤波的功能，可以滤除开关器件因开通和关断产生的高频谐波。整流器的输出接一直流电容，稳定直流输出电压。主电路采用全控型器件，为实现电流的正弦化和单位功率因数运行，需对电网电压进行实时跟踪，以控制开关器件的开通和关断，因此，控制方法比晶闸管整流更加复杂。滞环电流控制具有较快的电流响应，且电流跟踪动态偏差由滞环宽度确定，是一种优良的控制策略。系统控制框图(三相中的一相)如图2所示。

图1 主电路结构

图2 控制框图

比较直流侧电压和参考电压，经过滤波环节和PI调节后，与电网电压同步信号相乘，得到电流指令信号i*，电流指令信号与电网侧实际电流i比较，得到误差电流Δ i，误差电流经滞环比较器后，输出控制脉冲，控制开关管开通和关断。

2 滞环比较原理

滞环比较原理如图3所示。H为滞环宽度。对于A相，假设网侧电流ia＞0，IGBT4导通，则A相电流从ia*-0.5H上升到ia*+0.5H，当A相电流ia＞ia*+0.5H后，开关管立即断开，此时，由二极管VD1续流，电流从ia*+0.5H下降到ia*-0.5H；当A相电流ia＜ia*-0.5H后，IGBT4又导通，如此循环。若网侧电流ia＜0，则IGBT1导通，IGBT4关断；或IGBT1关断，此时VD4续流。其他两相可做类似的分析。

3 仿真电路与控制

仿真采用Matlab软件中的simpower system模块。仿真主电路和控制系统如图4所示。仿真参数为：电网电压120 V，50 Hz交流；电感L1、L2、L3均为1 mH；电容5 000μF；直流侧参考电压Uref＝300 V。

纯阻性电阻时仿真波形如图5所示，负载为电阻10 Ω。阻容性电阻时仿真波形如图6所示，负载为100μ F电容，5Ω电阻。阻感性电阻时仿真波形如图7所示，负载为1mH电感，10 Ω电阻。

图5 纯阻性负载

4 结论

传统的整流装置产生大量的谐波，对电网造成严重污染。随着对电能质量的要求越来越高，传统的半控或不可控整流已经不能满足要求，研究绿色、高效、性能可靠的整流装置显得更加迫切。三相高功率因数整流器是实现“绿色”、高效的整流装置。采用滞环比较控制策略跟踪电网电压，能够较好地实现整流装置的高功率因数运行，而且基本不会对电网产生谐波污染，是一种较好的控制方法。仿真结果显示，该方法对阻性、阻容性、阻感性负载都有较好的结果。

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，硕士，主要从事电力电子与电力传动方面的研究工作。