矩陣式整流器輸入功率因數補償算法

2021-01-10 電子產品世界

摘要：矩陣式整流器中的輸入濾波器會導致濾波前後電流的基頻分量存在相位差，降低矩陣式整流器的輸入功率因數。推導了濾波器造成電流偏置角的解析表達式，提出了一種輸入功率因數補償算法，通過PI調節器實時計算最佳補償角度，並利用電流型空間矢量調製(SVM)策略實現矩陣式整流器的最大功率因數運行。該算法在計算過程中無需引入濾波器的實際參數，可避免由於參數攝動所造成的誤差。詳細介紹了該補償策略的工作原理，並進行了實驗研究，通過實驗結果，驗證了算法的可行性和有效性。
關鍵詞：矩陣式整流器；空間矢量調製；輸入功率因數

1 引言
三相AC／DC矩陣式變換器(以下簡稱矩陣式整流器)是一種由三相AC／AC矩陣式變換器發展而來的通用整流器，具有正弦輸入電流，單位功率因數運行，能量可雙向流動，可輸出雙向電流和電壓，無需大容量儲能元件等優點。不僅可應用在直流電機驅動，直流勵磁等領域，還可作為一種雙級矩陣式變換器的前級電路，應用在雙饋風力發電系統中。
在矩陣式整流器系統中，需加入LC濾波器，以濾除輸入電流中由於主電路開關動作而產生的高次諧波分量，從而減少對電網的諧波汙染。但LC濾波器的加入也會帶來諸多問題。
此處提出了一種基於電流型SVM的輸入功率因數補償算法。該算法通過將輸入電流和電壓的檢測值變換至兩相靜止坐標系下，取得輸入電
流相角與輸入電壓相角的誤差，利用PI調節器計算最佳補償角度，並利用電流型SVM策略對輸入電流的相位進行控制，實現矩陣式整流器的最大功率因數運行。

2 電流型空間矢量調製算法
圖1示出矩陣式整流器的主電路拓撲，其中6個雙向開關V11～V23共有9種通斷組合，可映射為圖2a中複平面上的6個非零電流矢量I1～I6和3個零電流矢量I0a，I0b，I0c共9個靜止電流矢量。同時，I1～I6將複平面分為6個扇區Ⅰ～Ⅵ。對於網側輸入電壓ua,b,c，網側輸入電流ia,b,c，開關矩陣輸入電流iia,ib,ic，可通過Park變換遵循幅值不變的原則，將其分別映射為複平面內勻速旋轉的網側輸入電壓矢量us，網側輸入電流矢量is和開關矩陣輸入電流矢量ii。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/175740.htm


圖2a中，γ為設定的輸入電流角位移，δ為輸入濾波器造成的輸入電流偏置角，ψ為網側輸入功率因數角。當ii位於某一個扇區時，可利用組成該扇區的兩個非零電流矢量iα和iβ通過脈寬調製的方式進行合成，如圖2b所示，合成公式為：
ii=dαiα+dβiβ+d0f0 (1)
式中：dα，dβ和d0為調製度，dα=Msin(π／3-φ)，dβ=Msinφ，d0=1-dα-dβ，φ為ii與iα的夾角，φ=(θu-γ)mod(π／3)，mod表示取餘數運算，M為調製度，M=2Uo(3Uscosγ)=q／cosγ，q為電壓變比，q=2Uo／(3Us)，Uo為直流輸出電壓，Us為交流相電壓的幅值，即us的模值。


通過這種合成方式，不僅可得到正弦的輸入電流，還可通過改變γ值來控制輸入功率因數。由於M≤1，因此通過M=2Uo／(3Uscosγ)可得，電流型SVM算法對開關矩陣輸入電流相位的調整角度存在最大值γmax=cos-1[2Uo／(3Us)]。

濾波器相關文章:濾波器原理

dc相關文章:dc是什麼

濾波器相關文章:濾波器原理


相關焦點

  • 一種單相高功率因數整流器的設計
    摘要: 採用UCC28019 設計了一種新型單相功率因數整流器，分析了系統的工作原理，對主要模塊進行了詳細分析與設計。在升壓儲能電感設計中，採用一種新型薄銅帶工藝繞制的Boost 儲能電感，有效地減小了高頻集膚效應、改善了Boost 變換器的開關調製波形並降低了磁件溫升。
  • 三相PFC整流器在輸入電壓不對稱時的改進
    目前，單相PFC 技術在電路拓撲和控制策略等方面已日趨成熟，但是三相PFC 整流器由於各相電流互相耦合，需要較為複雜的控制算法才能實現，而且它的輸出功率大，對電網的汙染更加嚴重，因此三相功率因數校正技術的研究和實現具有重要意義已成為近年來的研究熱點。
  • 基於三相PFC整流器在輸入電壓不對稱時的問題分析
    目前，單相PFC 技術在電路拓撲和控制策略等方面已日趨成熟，但是三相PFC整流器由於各相電流互相耦合，需要較為複雜的控制算法才能實現，而且它的輸出功率大，對電網的汙染更加嚴重，因此三相功率因數校正技術的研究和實現具有重要意義已成為近年來的研究熱點。　　三相 PFC 整流器的控制主要有半解耦和全解耦兩大類，主流的控制算法有基於 d-q 解耦的空間矢量調製，遲滯比較算法和單周期控制等。
  • 三相不控整流器輸入LC濾波器的研究
    對於可控矽整流器、矩陣整流器以及電流源型pwm整流器，由於輸出直流側後接較大感值的平波電抗器，在網側呈現諧波電流源特性，感性越強與負載越大，諧波電流源特性越顯著，需要採取整流橋前並聯補償。對於三相不控整流器、電壓源整流器，由於輸出直流側後接較大容值的濾波電解電容器，在網側呈現諧波電壓源特性，容性越強負載越大，諧波電壓源特性越顯著，尖峰電流越高，需要採取整流橋前串聯補償。
  • 一種簡單的三相電壓型PWM整流器控制方法
    因數等優點，廣泛應用於單位功率因數整流、有源濾波及無功補償、交流傳動等系統中。由圖3 和圖4 可見，適當控制Vp的大小和Vp與E之間的相位角茲，就可以控制輸入電流I的大小與相位，因而能控制整流器傳送能量的大小和直流側電壓，最終就能夠控制功率因數和實現能量的雙向流動。如何控制輸入電流，得到理想的功率因數以及實現能量的雙向流動，根本任務在於得到各功率開關器件的控制規律和通斷時間。
  • 無功補償技術對低壓電網功率因數的影響
    4.1、單負荷就地補償容量的選擇的幾種方法　　(1)、美國資料推薦：Qc=(1/3)Pe [額定容量的1/3]　　(2)、日本方法：從電氣計算日文雜誌中查到：1/4~1/2容量計算考慮負載率及極對數等因素，按式(5)選取的補償容量，在任何負載情況下都不會出現過補償，而且功率因數可以補償到0.90以上。
  • 什麼是功率因數?如何提高功率因數?
    2 提高功率因數的措施　　1）提高自然功率因數　　一般來說，工礦企業無功功率中，異步電動機要佔60%以上，電力變壓器要佔20%左右，因此，電力系統的自然功率因數是滯後且小於1的。要想提高系統的功率因數，就要設法改善異步電動機和電力變壓器運行工況，以利於提高自然功率因數。提高自然功率因數的措施主要有以下幾種：　　①合理選用異步電動機。
  • 功率因數的概念及用電企無功補償
    1.提高設備的自然功率因數　　自然功率因數係指經人工補償前設備所具有的功率因數，即設備本身運行時的功率因數。提高自然功率因數，從本質上講是改善設備運行工況，從而降低設備自身的無功消耗，這是不需增加設備的無功補償。
  • 深入剖析UPS電源整流器的工作原理
    輸入功率因數低會造成成下面的不利影響：　　(1) 導致輸入供電線路上各環節的早期老畫　　輸入功率因數低的原因是輸入諧波電流成分含量大，諧波電流經過輸入電纜時，使電纜產生附加發熱量，導致電纜外皮材料長期發熱、變軟、變脆、變酥、變碎;諧波電流經過輸入斷路器(開關)時，開關出點由於長期發熱而導致接觸不良，一個正反饋的效應是開關過早時效;諧波電流經過輸入保險絲時
  • 【乾貨】什麼是功率因數?如何提高功率因數?
    1）提高自然功率因數        一般來說，工礦企業無功功率中，異步電動機要佔60%以上，電力變壓器要佔20%左右，因此，電力系統的自然功率因數是滯後且小於1的。要想提高系統的功率因數，就要設法改善異步電動機和電力變壓器運行工況，以利於提高自然功率因數。
  • 功率因數校正原理及相關IC
    為此諧波電流的抑制及功率因數校正是電源設計者的一個重要的課題。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/179315.htm2高次諧波及功率因數校正一般開關電源的輸入整流電路為圖1所示：市電經整流後對電容充電，其輸入電流波形為不連續的脈衝，如圖2所示。
  • 功率因數校正技術的新型控制策略綜述
    DCM控制模式的特點：(1)、輸入電流自動跟蹤電壓並保持較小的電流畸變率；(2)、功率管實現零電流開通（ZCS）且不承受二極體的反向恢復電流；(3)、輸入輸出電流紋波較大，對濾波電路要求較高；(4)、峰值電流遠高於平均電流，器件承受較大的應力；(5)、單相PFC功率一般小於200W，三相PFC功率一般小於10kW。
  • 開關電源功率因數校正電路設計與應用實例之:概述(二)
    (6) 開關電源的功率因數本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/226803.htm開關電源以其效率高、功率密度高而在電源領域中佔主導地位，開關電源多數是通過整流器與電力網相接的，經典的整流器是由二極體或晶閘管組成的一個非線性電路
  • 功率因數—異步電動機重要參數
    「功率因數是綠牌防爆潛泵異步電機的重要參數，本文主要介紹什麼是功率因數和如何提高功率因數。」功率因數是什麼？—異步電動機的功率因數是衡量在異步電動機輸入的視在功率（即容量等於三倍相電流與相電壓的乘積）中，真正消耗的有功功率所佔比重的大小，其值為輸入的有功功率PI與視在功率s之比，用來表示。在標準工作條件下，功率因數基本上是特徵參數。這裡的「標準工作條件」，是指在額定電壓下、約50%～90%的負荷下的情況。此外的工況下，功率因數是有變化的。
  • 什麼是功率因數?提高功率因數做無功補償對企業有哪些好處?
    在交流電路中，電壓與電流之間的相位差(Φ)的餘弦叫做功率因數，用符號cosΦ表示，在數值上，功率因數是有功功率和視在功率的比值，即cosΦ=P/S.什麼是功率因數補償？由於功率因數提高的根本原因在於無功功率的減少，因此功率因數補償通常稱之為無功補償。為什麼要提高功率因數？交流電動機運行時，消耗的全部交流電功率叫做全功率。全功率是由兩部分組成的：一部分是轉化成機械能的，帶動水泵、工具機等做功，叫做有功功率；另一部分是提供激磁電流的，在電動機的靜子鐵芯中產生交變磁場，叫做無功功率。
  • 什麼是功率因數,為什麼要無功補償,怎麼補償?
    ，那時候功率因數都是1。後來特斯拉將我們帶入了交流電時代，從此以後功率因數就常常伴隨著我們的身邊。（一般功率因數都是小於1的）學術上，功率因數就等於有功功率除以視在功率的比值。有功功率就是用電設備消耗的電能。這裡與有功功率相對應的有一個無功功率，它是在用電設備中空轉的電能。有功功率的平方+無功功率的平方=視在功率的平方。
  • 功率因數校正器(PFC)在電源應用中的重要作用
    為了了解PFC如何工作，我們首先來看一下功率因數的基本概念。功率包括兩部分：實際功率(W)和視在功率(伏安或VA，vars =無功功率，而不是總VA)。當純正弦波施加於阻性負載和無功負載時，功率因數的矢量關係為： 其中cosθ = 電壓與電流之間相位角的餘弦值；Vin = RMS輸入電壓Iin = RMS輸入電流 無功負載可以是電感性或電容性的，以產生分別具有延遲(正)或超前(負)電壓的相位角的電流。如果視在功率相對於實際功率非常高的話，則功率因數趨近於零。
  • 功率因數校(PFC)正標準優化解決方案
    總之，它們的輸入整流器是主電流諧波失真的最大來源。　　那麼這些諧波失真來自哪裡呢?一個常見的誤解是開關穩壓器導致了諧波功率因數分量。事實上，諧波分量是在典型的全橋整流器和濾波電容器中產生的，電力線本身的阻抗則起著推波助瀾的作用。　　在穩定狀態下，當輸入電壓超過濾波電容器上的電壓時，電源將從電力線吸取電流。
  • 三相雙向PWM整流器模型與控制電路設計
    摘要 為解決傳統多脈衝變壓整流器架構複雜，功率因數隨著電壓頻率增加，輸入功率因素也相應減少的問題。文中採用高頻功率變換技術，對PWM整流器的模型與控制電路設計方法進行了分析，並在此基礎上介紹了主電路參數的設計。
  • 整流器控制算法的一般問題討論
    0 引言本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/387529.htm數學模型是整流器控制算法仿真的基礎，根據不同的控制需要可以建立不同的數學模型。