IGBT整流器功率因数控制方法

IGBT整流器功率因数控制方法

       pwm整流器主回路一般采用二电平pwm整流电路或三电平pwm整流电路，主回路元件采用igbt元件，pwm整流器的工作原理与pwm逆变器的工作原理一样，按照正弦参考波和三角载波进行比较的方法对igbt元件进行pwm控制

       1 引言

　　日立igbt整流器是一种电压型pwm整流器，具有能量双向流动、恒定直流电压控制，以及高功率因数控制（cosφ≈1.0）等特点。使用该类型整流器除了实现高功率因数节省电能外，还能够减少电网谐波，省去电网侧无功补偿svc装置。

       2 高功率因数的控制方法

　　2.1 pwm整流器的组成及工作原理

　　pwm整流器主回路一般采用二电平pwm整流电路或三电平pwm整流电路，主回路元件采用igbt元件，pwm整流器的工作原理与pwm逆变器的工作原理一样，按照正弦参考波和三角载波进行比较的方法对igbt元件进行pwm控制，在整流器交流输入端产生pwm电压vc，其基波的频率与正弦参考波一致，幅值与正弦参考波成比例。

　　改变整流器输出电压vc的基波幅值和相位，就可以使is和vs同相位、反相位、is比vs超前90°、以及is比vs超前/滞后某一所需要的角度。因此，整流器在理论上可以有4种运行方式：整流运行、逆变运行，纯静态无功补偿运行以及is超前/滞后任意角度运行。

　　在实际应用中，整流器主要工作在整流运行状态和逆变运行状态。

　　这是一种采用电压外环、电流内环结构的控制系统。

　　电压外环（avr）起控制和稳定整流器输出直流电压的作用，在负载或电网波动时，通过反馈电压和指令电压比较控制，保证输出直流电压与指令一致。avr一般采用比例积分pi环节。avr的输出作为整流器电流内环的有功电流的给定（iq*）。

　　电流内环（acr）有两个直流电流调节环，一个用于q轴有功电流分量的控制，一个用于d轴无功电流分量的控制。前者的电流给定iq*是电压控制avr的输出，后者的电流给定id*是0（因为控制目标为cosφ≈1.0）。三相实际电流ir、is、it经过3/2坐标变换和旋转变换后得到的有功电流iq和无功电流id作为相应的电流反馈。而两个直流电流调节环的输出vq*、vd*用于pwm控制。

　　负荷补偿功能主要是考虑逆变器负荷变化时，为了保持电容器上直流电压vdc的稳定，应根据逆变器负荷变化情况对整流器iq分量进行相应地补偿。

　　2.2 功率因数为1.0的控制方法

　　所谓高功率因数控制，就是将功率因数控制到1.0。

　　鉴于整流器和逆变器相互之间是分别独立运行的，它们是分别独立可控的，能对整流器的功率因数进行独立控制，而不受马达负荷及运转速度的影响。

　　功率因数控制到1.0实际上就是设法使电源电流is与电压vs同相位。因此，只要让调制正弦参考波落后电网电压vs一个角度，整流器网侧输出的pwm电压vcp的基波分量vc落后于vs，使电流is与电压vs同相，整流器工作在整流状态，而且功率因数控制在1.0。

　　那么vc如何来引导is的相位呢？

　　首先，从图2可知道整流器输入端电压关系：vs＝vc＋vl 。

　　忽略变压器电阻r不计，则电感电压为vl＝jωlis，所以vl与is相位是固定的，始终相差90°。在电网电压vs一定的情况下，is的幅值和相位仅由矢量vc的幅值及其与vs的相位差来决定，因此只要改变矢量vc就可以相应改变is，使is与vs同相位，实现功率因数控制到1.0的目的。