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利用空间矢量提升航空高功率因数整流的研究

作者:时间:2013-12-19来源:网络收藏

现代飞机越来越多地采用电力作动技术,大量先进机载用电设备的应用使得飞机供电系统容量迅速增加。传统的变压器和非线性负载的大量使用使电网中电流谐波含量较高,对飞机供电系统和供电质量造成很大影响。消除电网谐波污染、提高器的功率因数是电力电子领域研究的热点。PWM(SVPWM)控制具有直流侧电压利用率高、动态响应快和易于数字化实现的特点。本文采用技术对三相电压型器进行研究,使其网侧电压与电流同相位,从而实现因数整流。

  1 控制技术

  SVPWM控制技术通过控制不同开关状态的组合,将空间电压矢量V控制为按设定的参数做圆形旋转。对任意给定的空间电压矢量V均可由这8条空间矢量来合成,如图1所示。任意扇形区域的电压矢量V均可由组成这个区域的2个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。这几个矢量的作用时间可以一次施加,也可以在一个采样周期内分多次施加。也就是说,SVPWM通过控制各个基本空间电压矢量的作用时间,最终形成等幅不等宽的PWM脉冲波,使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转。主电路功率开关管的开关频率越高,就越逼近圆形旋转磁场。

  对任意给定的空间电压矢量V均可由这8条空间矢量来合成

  为了减少开关次数,降低开关损耗,对于三相VSR某一给定的空间电压矢量公式,采用图2所示的合成方法。在扇区I中相应开关函数如图3所示。零矢量均匀地分布在矢量公式的起、终点上,除零矢量外,公式由V1、V2、V4合成,且中点截出2个三角形。一个开关周期中,VSR上桥臂功率开关管共开关4次,由于开关函数波形对称,谐波主要集中在整数倍的开关频率上。

  合成方法

  在扇区I中相应开关函数

  2 直接电流控制策略

  三相VSR的电流控制策略主要分为直接电流控制和间接电流控制。直接电流控制采用网侧电流闭环控制,提高了网侧电流的动、静态性能,并增强电流控制系统的鲁棒性。而在直接控制策略中固定开关频率的PWM电流控制因其算法简单、实现较为方便,得到了较好应用,在三相静止坐标系中,固定开关频率的PWM电流控制电流内环的稳态电流指令是一个正弦波信号,其电流指令的幅值信号来源于直流电压调节器的输出,频率和相位信号来源于电网;PI电流调节器不能实现电流无静差控制,且对有功电流和无功电流的独立控制很难实现。在两相同步旋转坐标系(d,q)中的电流指令为直流时不变信号,且其PI电流调节器实现电流无静差控制,也有利于分别对有功电流公式和无功电流公式独立进行控制。

  3 三相VSR数字控制系统

  三相VSR数字控制系统结构如图4所示,控制系统采用电压外环和两个电流内环组成双环控制结构,电压环控制三相VSR直流侧电压,通过输出直流侧电压 Vdc与给定参考电压差值经过PI调节产生电流参考信号,起到跟踪控制输出直流电压的目的;电流环用来按照电压环调节器输出的电流指令进行电流控制,按照电压外环输出的电流信号对输入电流进行控制,利用SVPWM算法产生开关信号控制整流器来实现单位功率因数。


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关键词: 空间矢量 航空 高功率 整流
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