三電平脈沖整流器的控制研究.pdf

1、脈沖整流器是一種以脈寬調(diào)制(PWM)方式工作的整流器,又稱(chēng)為四象限變流器。脈沖整流器與傳統(tǒng)的相控變流器具有功率因數(shù)高、諧波含量低、體積小、重量輕及動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。
　　 經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展傳統(tǒng)的兩電平脈沖整流器已經(jīng)相當(dāng)成熟,但是在大功率的應(yīng)用中有很多的問(wèn)題難以解決,如需要昂貴且笨重的變壓器、較高的開(kāi)關(guān)損耗及功率開(kāi)關(guān)難以達(dá)到規(guī)定的耐壓要求等。從而出現(xiàn)了三電平脈沖整流器,三電平脈沖整流器每個(gè)橋臂上使用的IGBT的個(gè)數(shù)是兩電平的兩倍,

2、因此它的每個(gè)回路中每個(gè)開(kāi)關(guān)所承受的電壓只有兩電平的一半,從而增加了功率開(kāi)關(guān)的使用壽命。而且三電平脈沖整流器能產(chǎn)生五種電平的線電壓,在相同開(kāi)關(guān)頻率及控制方式下,其輸出電壓和電流中的諧波含量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的兩電平脈沖整流器。最后,功率器件的造價(jià)是隨著電壓等級(jí)的提高而增加的,所以對(duì)于一些大功率電路來(lái)說(shuō)三電平的性?xún)r(jià)比是優(yōu)于兩電平的。正是由于三電平脈沖整流器的優(yōu)越性能,目前我國(guó)生產(chǎn)的CRH2型動(dòng)車(chē)組正是采用的三電平脈沖整流器。
　　 三電平脈

3、沖整流器的主要控制方法包括間接電流控制直接電流控制兩大類(lèi),直接電流控制又主要包括滯環(huán)電流控制、固定開(kāi)關(guān)頻率的瞬態(tài)電流控制及預(yù)測(cè)電流控制三種。本文詳細(xì)分析了三電平脈沖整流器上述的幾種控制方式及中點(diǎn)電位不平衡的原因和危害及中點(diǎn)電位滯環(huán)控制法和判斷H橋功率法兩種控制中點(diǎn)電位平衡的主要策略,給出了三電式脈沖整流器主要參數(shù)的計(jì)算方法,分析驗(yàn)證了在一定程度上增加支撐電容從而去除二次濾波回路的可能性。最后以CRH2型車(chē)上使用的二極管鉗位型三電平脈沖整

4、流器的主要參數(shù)在Matlab／Simulink環(huán)境下分別搭建了以間接電流控制,瞬時(shí)直接電流控制及預(yù)測(cè)電流控制方式的仿真模型,并分別針對(duì)其在不同負(fù)載之間切換時(shí)電路各主要性能指數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)系統(tǒng)的仿真分析。
　　 結(jié)果表明:在三種控制方式下的三電平脈沖整流器的功率因數(shù)都始終接近于1,針對(duì)中點(diǎn)電位控制方案快速有效。間接電流控制下輸出電壓紋波較大,且直流側(cè)支撐電容電壓均衡度較差,負(fù)載由再生滿(mǎn)載向牽引滿(mǎn)載切換時(shí)輸出電壓存在震蕩。瞬時(shí)直接電流