三相三电平VIENNA整流器的仿真分析

1、s科技http:/uvpapei 三相三电平VIENNA整流器的仿真分析刘平陈希有哈尔滨工业大学电气工程系150001E-mail （hhlmping® ）摘要：该文分析了新颖的三相三电平VIENNA整流器的基本原理，在MATLAB语言和Pspice仿真环境下建立了仿真模型，对三电平VIENNA整流器进行了系统仿真。关键词：VIENNA整流器；SVPWM;仿真“中图分类号:TN86文献标识码A1引言在三相整流器中，多采用三电平PWM整流器来减少谐波。而II大多采用的是二极管钳位 形的三电平PWM整流电路。二极借箝位型多电平变换器的优点是便双向功率流控制，功率因数控制方便。但电路 仃以

2、卜些不足Z处：1）'石要人最钳位二极管；2）毎桥臂内外侧功率器件的导通时间不同，造成负荷不一致；3）存在肓流分斥电容电床不平衡问题。4）直开关器件较多，开关损耗人:，控制复杂。VIENNA整流器就是対二极管钳位熨三电平整流器的-种改进和发展（图1）。是把钳位 二极管换成了等效开关，经分析其等效电路，它和二极管钳位型三电平整流器是等效的。而 VIENNA整流器的町控器件减为三个，人人降低了开关损耗，同时也可降低整流器的成本 【X：】【$】9与二极管钳位三电平整流器比较，VIENNA整流器冇如卜特点：优点：1）在相同的电平数卜，开关器件由12个减小为3个；因而开关损耗小，效率高:2）电路得

3、到简化、可靠性更高；3）简化了控制环节，降低成本和体积。缺点：1）能战只能单向传递2）同样需要人最的一极管；3）存在直流分压电容电压不平衡问题。2. 工作原理VIENNA整流器的主电路结构如图1所示，其中交流侧的Z为等值电感，起到传递能最、 抑制鳥次谐波和'卜衡桥臂终端电用和电网电斥的作用：斤为等值电阻，通常情况卜较小，町以忽略不计：G G为滤波电容.为高次谐波电流提供低阻抗通路，减少直流电斥纹波.同 时还冇平衡中点电位的作用。每相冇一个由全控开关器件（分别是久Sb, S）和四个二极 管组成的双向开关，如图2所示，每只开关将承担口流侧电压的-半。图1 VIEWA整流器主电路图2 VIE

4、NNA整流器的双向开关3s科技http:/uvpapei #s科技http:/uvpapei 儿=Em cos（曲）设三相输入电压対<vh = Em cos（曲一 2/r/3）#s科技http:/uvpapei 匕.=Enj cos（曲 + 2/z73）#s科技http:/uvpapei #s科技http:/uvpapei 三相电斥波形如图3。以Q556为例，说明三相电斥在整流状态时的匸作情况。在这个区间A相的输入电压为正，B、C和的输入电圧为负。设电容两端电压为咕，开关管 导通为时为关断时为0.则二相开关有2'=8种状态.分别如厂#s科技论袁在线http:/wvxvpapei

5、状态0(0, 0, 0) 开关它S,Sb, Sc关断，电压vw = vJ/2,二一匚/2，吃。二一耳/2正向电流对电容G及Q充电。状态 1(0,0, 1) 开关管 S, S.关断 S,开通，电压 vAO = vd/2t vBO=vd/2t vco=Q 正向电流対电容G充电，G通过直流侧负载放电。状态 2(0,1,0)开关管久 S,关断，$开通，电压 vAO = vd/2, vBO =0, vco=vd/2.止向电流对电容G充电，G通过肖流侧负载放电。状态3(0,1, 1) 开关管S.关断，SsSe开通，电压二vrf/2, vBO =0, vco=0,正 向电流对电容G充电,G通过直流侧负我放电

6、。状态 4(1,0,0) 开关管 S开通，关断，电压vxo=0, vBO = vd/2, vco= vd/2, G通过奁流侧负载放电，止向电流対电容G充电。状态5(1,0, 1) 开关管$开通，S关断，0开通，电压,二0,=- va /2,吃。二0, G通过賞流侧负载放电，止向电流对电容G允电。状态 6(1, 1,0) 开关管 S,S开通，S关断，电压 vAO=0, %，二0, vco=-vd/2,G通过直流侧负载放电，正向电流对电容G充电。状态7(1, 1, 1) 开关管S,Sb,S,开通，电斥bo二0,二0, vco=Q, G. C通过直流侧负戯放电。曲上面可推知线电压v肋可产生四个电平：

7、Vd，v/2, -vrf/2, 0,其绝对值是三个， 组成了三电平.%,陀人也由三电平组成。贰它扇区可仿照上面推得。在此基础上我们就町用三电'卜介成阶梯波，得到接近正弦的 网端电压。从能灵变换的角度看，控制交流侧电流就町以白效控制变换器交、貫流侧能斎的变换过 程。根据是否检测整流器的输入电流并将电流信兮作为反馈杲进行控制，PWM整流器的控制 策略可分为电流闭环的fl接电流控制和电流开环的间接电流控制两人类。木文采用了开环空 间欠量调制法(SVPIM)控制电流®。3. 仿真结果仿真环境：Pspice9.2,控制程序d Matlab编制，本实验参数的选择首先保证使功率因 数接近一

8、，兼顾减小谐波犬小。选择调制频率为6kHz,输入相电斥幅值200V,输出直流电 压 432V, Z二3mH, C=Q. 895mF,卍60G,调制比为 0.7。Tim图4 VIENNA流器三相相电斥波形. Tlr>图6 VIENNA整流器A相电感两端电压波形中国圖技论卞在线http:"wxvw pap« 图7 VIENNA整流器AB相线电压波形Ils*图8 VIENNA整流器A相相电压整流前波形图9 VIENNA整流器A相到中点的电压波形图10 VIENNA整流器电容两端电压波形测得电流谐波为9. 3%,功率因数是0.998。町见，VIENNA整流器的功率因数接近一。

9、4.结论本文分析了VIENNA整流器的作原理，在Matlab语言和Pspice仿其环境卜建立了仿典模 型，对三电平VIENNA整流器进行了系统仿儿 仿真结果显示VIENNA整流器其仃功率因数接近 一，谐波可控制，输出直流电压可调等特点。从工程上看，其电路控制简小、幵关器件少、 低成本、低损耗。參考文献1_ Chongnuiig Qiao. Keyue Ma Smedley.Three-Phase UmtyPoweFacioi Star-Connected Switch (VIENNA) Rectifier With Unified Constant-Frequency Integration

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