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随着绿色能源技术的快速发展,脉宽调制(PWM)整流器技术已成为电力电子技术研究的热点和亮点。作为一种新型的AC/DC变换器,六开关三相BOOST型PWM整流器不仅可以实现单位功率因数整流或逆变运行、纯电感或纯电容运行,而且能够正弦化输入电流,降低输入电流的总谐波畸变率。
本文深入分析了六开关三相BOOST型PWM整流器的基本原理和工作模态,并建立了三相PWM整流器静止坐标系(a,b,c)和同步旋转坐标系(d,q)下的数学模型。由于同步旋转坐标系下的数学模型d-g轴之间相互耦合,不便于电流控制,本文又给出了三相PWM整流器同步旋转坐标系下基于前馈解耦控制方法的数学模型。通过在MATLAB7.04/SIMULINK6.2仿真环境下进行仿真,验证了模型的正确性。
本文给出了六开关三相BOOST型PWM整流器输出电压的选择依据,同时给出了三相BOOST电感和输出滤波电容的详细设计过程。另外,根据同步旋转坐标系下前馈解耦控制数学模型,又给出了三相PWM整流器双闭环控制时控制回路电压外环和电流内环PI调解器参数的详细设计过程。通过仿真验证了参数的正确性。
三相PWM整流器功率因数校正实现的关键在于如何得到与输入电压同相位的输入电流,而同相位输入电流实现的关键在于如何得到合适的整流器交流侧电压空间矢量。本文把空间矢量调制方法应用于三相PWM整流器控制之中,并且给出了适合数字控制的空间矢量脉宽调制算法,最后通过仿真验证了方法的可行性。
本文以数字信号处理器(TMS320LF2407A)作为控制核心,设计完成了800W六开关三相BOOST型PWM整流器样机,并进行了稳态和暂态实验。实验结果表明,样机不仅能够实现高功率因数,而且能够降低输入电流谐波,达到消除电网“污染”的目的。