三相整流器在三相静止坐标下的技术研究

吴特;李权;谭健;邓钧韬;荣军

【摘 要】阐述了三相电压型PWM整流器的工作原理,推断了其在静止坐标系下的数学模型.通过理论分析得出三相电压型PWM整流器在低频时是解耦的,而在高频时需要对其进行解耦,因此增加了系统设计的复杂性.论文最后在

MATLAB/Simulink中对其进行仿真验证,仿真结果表明理论分析完全正确. 【期刊名称】《船电技术》 【年(卷),期】2018(038)001 【总页数】3页(P13-15)

【关键词】三相整流器;静止坐标系;解耦;仿真 【作 者】吴特;李权;谭健;邓钧韬;荣军

【作者单位】湖南理工学院信息与通信工程学院,湖南岳阳414006;湖南理工学院信息与通信工程学院,湖南岳阳414006;湖南理工学院信息与通信工程学院,湖南岳阳414006;湖南理工学院信息与通信工程学院,湖南岳阳414006;湖南理工学院信息与通信工程学院,湖南岳阳414006;复杂工业物流系统智能控制与优化湖南省重点实验室,湖南岳阳414006 【正文语种】中 文 【中图分类】TM46

三相电压型PWM整流器广泛应用于开关电源以及直流电机供电电路中，其本身是一个非常复杂的非线性系统，在低频和高频其特性不同，因此设计控制系统也比

较繁琐和复杂[1][2]。正是基于这方面的原因，本文通过建立了三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系的数学模型，对其在低频和高频的性能进行了详细分析，得出了工作频率在不同情况下系统的工作特性，最后在MATLAB/Simulink中的对其理论分进行了仿真验证。

三相电压型PWM整流器由网侧电路、整流器、中间电路以及PWM控制器组成，其工作电路图如图1所示[3]。三相交流输入电路采用星型连接，目的是防止谐波串入。变换电路采用全控器件进行控制，每个全控器件反向并联一个二极管，为能量流通提供回路。图1中的三相电压型PWM整流器工作在升压变换工作状态，通过电感充放电才能工作。

根据三相电压型PWM整流器拓扑结构，在三相静止坐标系（a，b，c）中根据电路相关知识可以建立其数学模型，其三相电压型PWM整流器简化模型如图2所示[4] [5]。

设为电网中点，为电容中点，。开关函数可如下设置：，第相桥臂上管开通，下管截止；，第相桥臂下管开通，上管截止，其中。设三相电压型整流器三相交流输入电压：

整流器三相输入端相电压分别为: 又因为：

由于电网输入为三相对称理想正弦电压，所以有式（4）： 由式（2）、（3）和（4）联立可得： 同样可得：

三相电压型整流器交流侧电压满足式（7）： 三相电压型整流器直流侧满足式（8）：

由式（8）可知，三相电压型PWM整流器是一个非线性时变系统，但是通过研究发现当其频率不高的时候，变换器的电容中点电位等于电网中点电位，此时变换器

在频率较低的时候是可以解耦的，因此适合研究。另外，变换器在频率取得较大的时候，此时电容中点电位不等于电网中点电位，出现电位差，变换器是一个耦合系统，因此需要对系统进行解耦，特别是在设计系统时就显得比较复杂[7]。 为了验证三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系下数学模型的正确性，在Matlab/Simulink中对其进行了建模和仿真[8]，仿真结果如图3和图4所示。其中图3为三相（a相、b相和c相）输入电压和输入电流仿真波形，可以清楚地知道输入电流跟随输入电压，变换器功率因数较高。图4为整流器输出电压仿真波形，输出电压很快稳定在110 V左右，而且几乎没纹波电压，说明电压输出质量高，可以说明三相电压型整流器在三相静止坐标系下的数学模型完全正确。 本文在分析三相电压型整流器电路工作原理的基础上，推断了其在三相静止坐标系下的数学模型，并得出其在在频率比较低的时候，三相电压型PWM整流器是解耦的，而在频率比较高的时候，三相电压型PWM整流器是互相耦合的，最后通过Matlab/Simulink仿真软件对其进行了验证，为其实际控制系统的设计打下了基础。

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