基于零矢量控制的单位功率因数单相输入系统.doc

中南大学信息与工程学院 姓名： 学号： 课程：电力系统建模与仿真 老师： 基于零矢量控制的单位功率因数单相输入系统 Jun-ichi Itoh和Kouetsu Fujita 摘要：本文提出两种新电路，实现了输入功率因数为1的单相转三相，负载为电机的变频电路。电源与电机的中性点相连，三相逆变器也被三相逆变器的零矢量控制成为AC/DC整流电路的一个虚拟桥臂。这两个电路的主要特点如下所示： 不需要感性元件。 与传统拓扑相比，开关器件数量大大减少。 由于整流器电流流经电机绕组，其电流增加。 全桥电路能用与传统半桥电路一样的开关器件数量搭成，且不需要有中点的电容桥臂。 本文中，提出的全桥型电路用750W的感应电机作负载用实验测试过，达到本文提出的性能要求。 关键词：大容量整流器，输入谐波，三相逆变器，零相序，零矢量 1. 简介 实现单相到三相变换最简单的方式就是将一个AC/DC整流器接入一个三相逆变器。 近来，我们研究对大容量AC/DC整流器降低谐波电流含量进行了研究。通常只有两种类型的AC/DC整流器能够将负载能量反馈给电源，一种就是所谓的全桥AC/DC整流器，它有四个开关器件，因此造价昂贵。全桥整流器的两个开关器件被两个电容取代后，就成为了半桥整流，它的主要优点就是便宜，因为减少了开关器件，但与全桥整流器相比，它的容量增加了，这也是因为含有电压中性点的电容的取代。半桥和全桥整流器都需要一个输入电感，它的大小主要由系统决定的。 传统的三相逆变器，由三个桥臂组成，每个桥臂有两个开关器件。 然而，当问题是单相向三相的转变时，整流阶段与逆变阶段揉合在一起，这样导致了在无损其性能的情况下减少开关器件，来达到降低成本。 其中一种方法是如图1和2所示。用半桥整流来代替全桥整流，三相逆变的一个桥臂用电容来代替，只需要六个开关器件，但会带来相对高的输出电流纹波，因为改变后的逆变器只能产生四个电压空间矢量。总之，开关器件必须能够承受两倍的输出线电压。 本文提出了两个新电路，均能够减少开关器件的数量，并保持一个稳定的输入因数。在这两个电路中，输入电源与负载的中性点相连。关键点在于通过控制逆变器的零向量把逆变器的桥臂当作AC/DC整流器的一个桥臂来使用。 全桥类型的电路已经通过仿真并且用一个750W的感应电机作为负载测试过了。结果表明从输入功率因数和输入电流失真来说的整流器的效率。 传统电路 图1显示了一个传统的单相到三相电路单相全桥AC / DC变换器和三相电路级联连接的有五，每一个单相串联输入全桥AC / DC变换器的中心点。电源电流控制是由全桥AC / DC变换器正弦中央点，而电机的输入电压控制由脉冲宽度调制（PWM）inverter.两个控制行动是独立的，一个大电容在直流环节脱钩插入。 随着降低成本，全桥交流的目的/ DC转换换器可以被替换为半桥如图2所示。然而，更便宜的解决方案，由于在任何情况下，输入电抗器是必要的，这进一步增加了系统的规模。 图3显示了传统的电路概念。AC / DC控制显然是区别于器控制。 是不同的，即负载星形连结中点与DC环节的电压中点之间的电压。可由下式得出： 当所有的上桥臂全打开时； 当所有的下桥臂全打开时； 上式中的就是DC环节的电压。 因此，负载中点电压能够通过正确地运用零矢量来控制。本文中，通过控制逆变器的零矢量，逆变器的桥臂有一个额外的功能—作为AC/DC整流器的虚拟桥臂。 图4显示了新的单相到三相电路的变换电路。这个电路由一个电机，一个三相逆变器和一个额外的桥臂组成，有如图1和2中所示的AC/DC整流器的功能。电源直接与电机的中性点相连。这样做，输入电抗器就多余了，因为它被电机的漏感所取代了。 由于电源直接与负载相连，电源的输入电流与输出电压的控制动作就不再是独立的了。逆变器与AC/DC整流器如图5所示耦合在一起了。 假设负载对称，电机的相电流，，，如下所示： （1） 式中，， ，指传统电机模型中的电流 指电源电流 它可能指出了电源电流怎么是一个零电流。 在合理地假设电机U-V-W三相定子对称的分析过程中，零电流流进定子中并不会产生电磁转矩，因此可能会被视为铜损耗的相对增加作为其它一些优点的补偿，比如：造价和尺寸的减少。 图6的a和b分别显示了正序和零序的新拓扑图的等价电路。在正序电路中，电源电压并没有出现，因为它是一个零序电压，它的等价电路与传统逆变器的拓扑