1 引言
日立igbt整流器是一種電壓型pwm整流器，具有能量雙向流動(dòng)、恒定直流電壓控制，以及高功率因數(shù)控制(cosφ≈1.0)等特點(diǎn)。使用該類(lèi)型整流器除了實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)節(jié)省電能外，還能夠減少電網(wǎng)諧波，省去電網(wǎng)側(cè)無(wú)功補(bǔ)償svc裝置。
2 高功率因數(shù)的控制方法
2.1 pwm整流器的組成及工作原理
pwm整流器主回路一般采用二電平pwm整流電路或三電平pwm整流電路，主回路元件采用igbt元件，pwm整流器的工作原理與pwm逆變器的工作原理一樣，按照正弦參考波和三角載波進(jìn)行比較的方法對(duì)igbt元件進(jìn)行pwm控制，在整流器交流輸入端產(chǎn)生pwm電壓vc，其基波的頻率與正弦參考波一致，幅值與正弦參考波成比例。
改變整流器輸出電壓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/滯后某一所需要的角度。因此，整流器在理論上可以有4種運(yùn)行方式：整流運(yùn)行、逆變運(yùn)行，純靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償運(yùn)行以及is超前/滯后任意角度運(yùn)行。
在實(shí)際應(yīng)用中，整流器主要工作在整流運(yùn)行狀態(tài)和逆變運(yùn)行狀態(tài)。
電壓型pwm整流器控制方框圖組成如圖1所示。
這是一種采用電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)。
電壓外環(huán)(avr)起控制和穩(wěn)定整流器輸出直流電壓的作用，在負(fù)載或電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)，通過(guò)反饋電壓和指令電壓比較控制，保證輸出直流電壓與指令一致。avr一般采用比例積分pi環(huán)節(jié)。avr的輸出作為整流器電流內(nèi)環(huán)的有功電流的給定(iq*)。
電流內(nèi)環(huán)(acr)有兩個(gè)直流電流調(diào)節(jié)環(huán)，一個(gè)用于q軸有功電流分量的控制，一個(gè)用于d軸無(wú)功電流分量的控制。前者的電流給定iq*是電壓控制avr的輸出，后者的電流給定id*是0(因?yàn)榭刂颇繕?biāo)為cosφ≈1.0)。三相實(shí)際電流ir、is、it經(jīng)過(guò)3/2坐標(biāo)變換和旋轉(zhuǎn)變換后得到的有功電流iq和無(wú)功電流id作為相應(yīng)的電流反饋。而兩個(gè)直流電流調(diào)節(jié)環(huán)的輸出vq*、vd*用于pwm控制。
負(fù)荷補(bǔ)償功能主要是考慮逆變器負(fù)荷變化時(shí)，為了保持電容器上直流電壓vdc的穩(wěn)定，應(yīng)根據(jù)逆變器負(fù)荷變化情況對(duì)整流器iq分量進(jìn)行相應(yīng)地補(bǔ)償。
2.2 功率因數(shù)為1.0的控制方法
所謂高功率因數(shù)控制，就是將功率因數(shù)控制到1.0。
鑒于整流器和逆變器相互之間是分別獨(dú)立運(yùn)行的，它們是分別獨(dú)立可控的，能對(duì)整流器的功率因數(shù)進(jìn)行獨(dú)立控制，而不受馬達(dá)負(fù)荷及運(yùn)轉(zhuǎn)速度的影響，如圖2所示。
功率因數(shù)控制到1.0實(shí)際上就是設(shè)法使電源電流is與電壓vs同相位。因此，只要讓調(diào)制正弦參考波落后電網(wǎng)電壓vs一個(gè)角度，整流器網(wǎng)側(cè)輸出的pwm電壓vcp的基波分量vc落后于vs，使電流is與電壓vs同相，整流器工作在整流狀態(tài)，而且功率因數(shù)控制在1.0，如圖3所示。
那么vc如何來(lái)引導(dǎo)is的相位呢?
首先，從圖2可知道整流器輸入端電壓關(guān)系：vs=vc+vl 。
忽略變壓器電阻r不計(jì)，則電感電壓為vl=jωlis，所以vl與is相位是固定的，始終相差90°。在電網(wǎng)電壓vs一定的情況下，is的幅值和相位僅由矢量vc的幅值及其與vs的相位差來(lái)決定，因此只要改變矢量vc就可以相應(yīng)改變is，使is與vs同相位，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)控制到1.0的目的。
那么改變vc到什么程度才能實(shí)現(xiàn)is與vs同相位呢?
我們可以畫(huà)出有關(guān)電壓和電流的矢量圖，如圖4。
根據(jù)圖4可以知道，要把整流器的功率因數(shù)控制在1.0的話，只要把無(wú)功電流設(shè)定值設(shè)為0(id~=0)，通過(guò)整流器控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)改變輸出電壓vc的大小和相位，使實(shí)際無(wú)功電流分量id=0，那么is=iq+id=iq，is就能與vs保持在同相位，功率因數(shù)控制到了1.0。
