基于SVPWM的三相混合开关电流型整流器的优化控制策略研究

传统的大功率整流器在从电网取电时，由于大功率电子器件的作用以及无功元器件的影响，大量的谐波电流被注入到电力系统，使电网中的谐波水平逐年增高。谐波对从电网取电的其他设备将会造成一些严重的威胁。为解决大功率变流装置对电网的干扰：一是加接滤波器来提供谐波电流的通路；另外一个更加有效的方法是增加整流相数，即增加整流电压的脉波数，如多脉波整流桥和PWM整流桥等。

三相PWM整流器通过将网侧电流或电压调制成高频的PWM脉冲波，经滤除网侧电流的高频谐波及其倍频谐波，其网侧谐波失真率完全可以达到国家安全标准。图1是三相PWM电流型整流器[2]，大功率条件下电路需使用大功率开关管，如IGBT、IGCT、IECT等可控高频开关管来实现。但这些管子价格昂贵，后两者目前只有少数国外公司能生产，故不能广泛应用。

处于研究领域的三相混合开关PWM电流型整流器如图2所示。该电路的输出电压具有降压特性；网侧电流谐波分量小；电路的输出侧电感使电路更稳定安全；使用晶闸管使该电路具有成本优势。该电路可适用于电机驱动和金属热处理工业。

图1 传统的三相PWM电流型整流器 图2 三相混合开关PWM电流型整流器

1 电路拓扑

三相混合开关PWM电流型整流器相比较传统的三相PWM电流型整流器[3][4]，具有以下特点：在整流桥部分使用6个晶闸管替代了6个IGBT；仅使用一个开关管（如IGBT）与晶闸管整流桥串联，IGBT能强制关断整流桥中已导通的晶闸管，这样可使晶闸管整流桥具有脉宽调制的能力。由于晶闸管没有擎住效应限制，其电流特性比IGBT好，而且其导通压降也小于IGBT，可提高电路的效率。图2中IGBT关掉后，晶闸管由导通恢复到正向阻断状态需要一定的时间[5],故晶闸管的关断特性将限制电路的工作频率。为提高工作频率来减小滤波器的体积和成本，必须减小晶闸管关断恢复时间TOFF，或者优化控制策略来分配给晶闸管更多的关断时间。为缩减TOFF，可以给已开通的晶闸管提供反压来加速其反向恢复过程，如图3所示的系统框图，增加了反压电路网络（Q2和Umax）以及控制电路驱动电路。反压网络只需提供给晶闸管反向恢复电流，所以普通功率等级的开关管即可满足Q2的要求。提供反压的电压源Umax 是通过工频变压器将网侧电压升压，再经二极管整流桥整流后加到稳压电容上，经滤波得到。

图3 增加反压电路的混合开关PWM电流型整流器

2电流型空间矢量控制策略