大功率PWM整流器直接功率控制策略研究

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随着磁控溅射等材料表面加工技术的广泛应用,在此工艺加工过程中使用的电源技术越来越重要。传统的整流器存在功率因数低、谐波污染等问题;PWM整流器具有网侧电流低谐波、可实现单位功率因数和直流电压可控等优点,可从根本上解决“谐波和无功功率”的问题。  首先,本文分析了PWM整流器的工作原理并建立了其数学模型,对传统的电流控制和直接功率控制策略进行了对比研究,总结了两种控制策略的优缺点。针对传统直接功率控制存在直流电压波动和瞬时功率失控的问题,重点研究了直接功率控制的核心开关表的构造原理及控制方法。  其次,直接功率控制为直流电压外环和瞬时功率内环的双闭环控制,当开关频率不太高时在滞环边界容易造成开关信号误导通现象,造成直流电压波动大的问题。为此采用设置边界死区的控制策略,并对传统开关表进行改造在扇形边界设置死区并输出零矢量,仿真验证了该控制策略可行性,结果表明其能有效抑制直流侧电压波动。传统直接功率控制开关表中采用多个零矢量,零矢量不能及时对无功功率进行调节,容易造成无功功率的失控现象。为此采用快慢双开关表的控制策略,将传统单开关表改造为快速和慢速双开关表结构,并设计选择函数控制切换,仿真结果表明,通过双开关表的控制算法,可以很好解决直流电压波动和无功功率失控的问题。在论文研究中为同时实现对直流侧电压和瞬时功率的有效控制,对比两种控制策略采用双开关表的控制策略。  最后,针对上述讨论的问题,在Matlab/Simulink环境下搭建了系统的仿真模型,分别对设置边界死区的直接功率控制和快慢双开关表的直接功率控制系统进行了仿真验证,结果表明了理论分析的正确性。
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