墅皇垫查！塑！笙塑！塑一一一一—三彳帆辱叠单位功率因数整流器的仿真研究贾继承刘德志（海军工程大学电力电子技术应用研究所武汉４３００３３）摘要：针对单位功牢因数整流器的控制要求，摇…了种利用锁相环（ＰＬＬ）米检测基波电压相位ｔ控制整流＿；｝｝｝空流侧电流与交流侧基艘电压同相位的控制策略。通过仿真试验证明了这种控制策略有很好的动静态性能。关键词：单位功率因数整流器Ｐ嘲调制锁相环仿真ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＵｎｉｔｖＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒＲｅｃｔｉ６ｅｒＪＩＡＪＩｃｈｅｎｇ．ＬｉｕＤｅｚｈｉ（ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉＬｕｔｅｏｆＰｏｗｅｒＥＩｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｉｑｕｅＡ即】ｉｃａ“ｏｎｏｆＮａｖｙｕｎｉｖｅｒｓ－ＩｙｏｒＥｎ画ｎｅｃｎｎｇ．ｗｕｈａｎ４３００３３，Ｃｈｉ响）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｃｃＯｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｃｏｎｌｒｏ¨ｉｎｇｔｈｅｕｎｉｔｙｐｏｗｅｒｆａｃＩｏｒｒｅｃＩ讯ｅ‘ａｎｏＶｅｌｍｅｔｈＯｄ．ａｐｈａｓｅＩｏｃｋｅｄｌｏｏｐ（ＰＬＬ），ｉｓｕｓｅｄｔｏｔｒａｃｋｔｈｅｐｈａｓｅｏｆｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｖｏｌｔａｇｅ．Ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｊｓｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｃｄｅｓｉｒａｂＩｅｐｈａｓｅｏｆｔｈｅｒｅｃｔ讯ｅｒｌｓｃｕｒｒｅｎｔｃａｎｂｃｅｑｕａｌｔｏｔｈａＩｏｆｆｕｎｄａｍｅｌｌｔａｌｖｏＩｔａ铲．ｓｉｍｕＩａｔｉｏＪｌｔｅｓｔｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓｔｈａｔＰＬＬｈａｓｇｏｏｄｄｙｎａｍｊｃｃｈａｒａｃｔｅｒＩｓ“ｃａｎｄｓｔａｔｉｃｃｈａｒａｃＩｅ—ｓｌｉｃ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｎｉｌｙｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｒｅｃｔｉ６ｅｒ；ＰＷＭ；ｐ１１ａｓｅｊｏｃｋｅｄｌｏｏｐ：ｓｉｍｕＩａｌｉｏｎ１引言位功率因数整流器的研究具有积极的意义ａ２对于理想的公刖ＩＵ网米说，所提供的应该是单ＰｗＭ单位功率因数整流器的系统结构一而吲定的频率以及规定的电压幅值．但由于廿波２．１ＰｗＭ整流电路主电路拓扑结构及工作原理电压手¨谐波电流的出现．成为公朋电网的一种污住ＰｗＭ整流装置中，常采用剀ｌ所示的。相染，它不仅使用电蹬备所处的环境恶化，也对周围桥式电路，每相桥僻由一个全控犁器件和个整流的通信系统币Ｊ公用电嘲以外的殴备带来危害。尤其一二极管反并联组成。是近年来，各种电力电子装置的迅速普及使得公＿｜１］屯网的谐波污染日趋ｆ“重，由谐波引起的各种事故、Ｖｌ和故障不断发生．谐波危害的严重性引起了高度的关注。传统的抑制方法坫投入各种补偿装置对电呵仁＝二＿——＿ｃ＝卜ｉ“ＬＲｓ三｜Ｖ，刍Ｖ。爿Ａ的谐波进行抑制。整流桥是强非线性装置，是主婴Ｂ＝锯的谐波发生源。对丁作为主要谐波源且功率因数根，－—＿低的整流器来说，抑制谐波和提高功率因数的毋一ｖ４、］Ｖａ］Ｖａ种方法是对整流器本身进行改进．使其尽量不产生习谐波．且电压与电流通十日位．这样的整流器称为单位功率因数整流器。近年＿；采电力电子器件的高述发圈１ＰｗＭ按ｉｊ｝ｃ电路主Ｉ乜路结构展，火容姑的高速全控器件的不断出现，使大功率土电路的Ｉ：作原理为，对嵋～％进行ＰｗＭ控单位功率睡Ｉ数整流器的实现成为可能。这与传统的制．就可以在桥的交流输入端ＡＢＣ产生‘：个止弦营波抑制和无功功率补偿方法相比更好．冈此对单调制ＰｗＭ波，ｆ｜！返－个ＰｗＭ调制波中除霄有干¨峻稿日期：２００２ｌｌ２２万方数据８船电技术２００３年第２期压可能比交流电压峰值高出许多倍，对电力半导体器件形成威胁，另一方面．若直流侧的电压过低，州ＰＷＭ电压调制波中得不到所需要的足够的基波幅值，或者ＰｗＭ电压调制波中含有低次谐波，这样就不能按照需要控制电流，电流的波形会发生畸变。下面提出的控制策略通过仿真试验证明能很好的控制这种ＰｗＭ整流桥。２．２正弦信号波同频率且幅值成比例的基波分量外不含低次谐波成分。只含有和可控器件的开关频率有关的频率很高的谐波。同时电感上ｓ的滤波作用。这些高次谐波电压只会使交流电流产生很小脉动。忽略这种脉动，当正弦信号波的频率电源频率相同时，电流就为频率和电源频率相同的正弦波。在交流电源电压一定的情况下．电流的幅值和相位仅由ＰｗＭ调制波中基波分量的幅值与电源电压的相位差来决定。改变ＰＷＭ调制波的幅值和相位就可以使电流和电源电压同相位，从而使功率因数近似为１。同时因为这种电路按升压斩波电路工作．对控制提出了很高的要求．如控制不当．直流侧电容电Ｐ哪单位功率因数整流电路的控制策略为了使ＰｗＭ整流电路在工作时的功率因素近似为１．而且不产生谐波电流，就必需要求输入电流为和电压的基波同相位。控制策略结构图见豳２。圈２ＰｗＭ单位功率因数整流系统结构幽在圈２中设畸变的电源电压为∞割砉皿ｃｏｓ㈨鲥＋争以】角，其中∥－＝０。神『幅值，也就确定了Ｊ’“其中∑√２Ｅ．ｃｏｓ（”∞，＋眈）一茎皿ｃｏｓⅢ一争州。隍，ｃｏｓ（叫），。。；㈣一娶），ｃｏｓ㈣＋警）ｊ‘ｒ为ＰｗＭ楚流桥需要产生电流的参考信号。把ｊ。，和实测的，ｒ－信号通过电流跟踪控制电路产生Ｐ１ｖＭ信号，雨让ＰｗＭ信号经过驱动电路控制Ｐ州蹩流桥中主电路的工作。上式中Ｅ。，口。分别为各次电压有效值和初相采用锁相环（ＰＬＬ）实时跟踪电源电压Ｂ。的基波相位缈ｔ，作为所需要的电流的相位：把Ｐ删挡流桥直流侧的实际电压乩与参考指定电压矿ｍ作比较后经ＰＩ调竹得到ＰｗＭ整流桥交流侧电流的幅值火小Ｉ，这样就确定了交流侧纯有功电流，。ｒ的相位３仿真试验参数及其结果３．１仿真参数的选择三相电源：相电压幅值ｕ。＝３１４ｖ＇频率ｆ＝５０Ｈｚ；直流侧滤波电容Ｃ＝Ｏ．００１Ｆ：万方数据船电技术２００３年第２期９直流侧参考电压【厶＝７００Ｖ；交流侧电感厶＝０．００２Ｈ；交流测电阻风＝Ｏ．０２Ｑ；、Ｐｌ调节的ＰＩ参数：岩比例参数岛＝ｏ．１；盖积分参数西＝４０．３．２仿真实验结果在仿真试验中，可控开关器件选用ｌＧＢＴ，仿真试验设计为从仿真开贻时在直流侧接入ｌｏＱ电图３整流桥直流侧电Ｊ！ｆ｜［Ｕ＾波形圈阻Ｒｌ，在０．１秒投入另一个ｌＯＱ电阻Ｒ２同心ｌ并联。２０００—２００．４００时间ｓ｜芏｜４ｊ璧；流桥交流侧Ａ相电压与电流对比阁从图３可以看出在直流侧带１０Ｑ负载启动时，不断出现，用单位功率因数糕流桥米代替传统的整Ｉ也压存在约】００ｖ的过冲，经过约０．０４秒后，电压流桥成为可能，这对提高电网供电质鹫的改善手¨电能稳定在指定的７００ｖ：在Ｏ．１秒时，再加载１０Ｑ网安全性的提高有积极的意义，因此对于人功率的负载时，电压存在Ｆ降约１００ｖ，僦经过约Ｏ．０４秒单位因数整流器有进一步进行研究的价值。的调节后，能继续稳定在指定的７∞Ｖ。这说明本参考文献文所述的控制策略有很好的动态和静态特性。从图【Ｉ】Ｅｄｕａｒｄ．ＭｕＵａｄｉ，｜ｒｈｏｍａｓＡ．Ｌｉｐｏｓｅｒｌｅｓｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ４可吼看出电流波形是相当好的正弦波，且和相电ＰＷＭＩｎＶｅｎｅｒｗｉｔｈＢａＩｔｅｒｙＳｕｐｐＩｙＡｐｐＩｉｅｄｔｏｉｓｏＩａｔｅｄ压同相位，功率因数近似为ｌ。这说明本文介绍的ＩｎｄｕｃＩｉｏ“ｇｅｎｅｆａｔｏｒｌＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎｌｎｄｕｓｔｒｙ控制策略能根好地抑制谐波电流和基波无功电流。ａｐｐ¨ｃａｌｉｏｎｓｖｏｌ３０，Ｎｏ．４，Ｊｕｌｙ，ＡｕｇｕｓＩ１９９４【２】Ｂｈｊｍｓｉｎｇｈ，ＬＢｓｈ邮ａｋａｒ．ＡｎａＩｙｓｉｓｏｆａＮｏｖｅＩｓｏＭ４结论ｍｔｅｍ妇ｇｃ，铝ｕＪａｆｏｒｒｏｒａｓ｝ｌｆｅ∽ｉｔｅｄｉｎｄｕｃｆｊｏｎｇｃｎｅｒａｃＯｒ雎Ｅ从Ｈ上的仿真结果可知，本文提出的利用锁相ＰｆＯｃ．ＧｅｎｅｒＴｒａｌｌｓｍＤｌｓｔｒｍ、ｂｌ１４５Ｎ０６ＮＯｖｅｍｂｅｒ１９９８环（ＰＬＬ）来检测基波电压相位，控制摧流器交流【３】ＯＪｏｒＬｌｎｆｃｍｉ０ｊｏ．ＰｗＭ－ＶｓＩｌｎｖｅｎｅｒ－Ａｓｓｉｓｃｅｄｓ【ａｎｄ—ＡＩ帅ｅ侧电流与交流侧基波电压同相位的控制策略应用ＤｕａｌＳｔａｔＯｒＷｉｎｄｉｎｇｌｎｄｕｃｔｉｏｎＧｅｎｅｒａｔｏｒＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉ帅ｓ于控制ＰｗＭ单位功率因数整流桥具有很好的动态０ｎＡｐｐｌｉｃａｔｊｏｎｓ，Ｖ０ｌ３６．Ｎｏ．６，Ｎｏｖｅｍｂｃｒ２０００和静态性能，并使功率因数近似为１。同时由于电【４ｌ‘｝：兆安谐被抑制和无功Ｊ：ｆＪ牢补偿北京：机槭Ｔ业…力电子大功率，低损耗，高开关频率的可控器件的版女ｌ：，１９９８万方数据
