高功率因数变频器的主电路

    为了获得高功率因数变频器的主电路交-直-交，其整流与逆变均采用三电平PWM矢量控制，使电流的高次谐波分量限制在3%以下，并不增设滤波器，输入、输出的功率因数都可控制到1，系统的速度响应达80rad/s，速度控制精度达0. 01%，电流响应频率选1000rad/s，电抗脉动转矩明显减少，其主电路如图10-74所示，再把它简化成单线图如图10-75所示。

    图10-74    功率因数为1的主电路

    图10-75    整个主回路的单线图

    整流器与逆变器主回路在结构上是完全一样，从直流回路看，左边是交流电抗器（实际是变压器输出漏阻抗）加整流器，右边是逆变器加电动机，所以直流同路左右两边结构对称，可以把整流器看作是逆变器的逆过程，整流回路采用三电平PWM矢量控制。

    变压器输出电压为Us，整流器输入电压为Uc，整流器、变压器之间的电抗器为L，则有Us- (jwl+r)×Is=Uc。另外输入变压器的一次测电压是35kV，二次侧电压是3. 3kV，Is是整流器输入电流，如果单纯二极管整流，忽略线路压降，则整流器输出电压UPN =1. 35Us=4455V，而实际工作时UPN = 6000V，那么采用了三电平PWM矢量控制的整流器是如何保证输出直流电压为6000V呢？我们通过一交流锁相器PLL可以检测到电压的大小与相位，如果我们把禁流器看作逆变器的反过程，已知直流电压是6000V，通过控制三电平PWM矢量控制中变调率的大小与相位，便可以控制整流器输出电压的大小与相位，即可以控制Uc的大小与相位，而Uc+Is×(R+jwl) =Us，忽略电阻压降，Us-Uc =jwL×Is，当Us的相位与Uc的相位一致时，便可以实现整流器输入功率因数为1，而且Uc的值大于Us的值。其矢量关系如图10-76所示。

    图10-76    整流器电压矢量图

   (a)功率因数为1；(b)功率因数小于1

    实际工作时UC/UP=0.78，当逆变器的负载增加时，UPN之间的电压有下降趋势，为了保持直流电压6000V不变，整流器的输入电流增加，则Uc增加，即相当于变频器输出电压增加，从而通过控制整流器变调率的大小及平均电压矢量在输出电压矢量图中的角度，从而确保直流回路电压不变。整流采用电压调节器，其输入是主回路直流给定电压与主回路直流反馈电压的差值，它的输出作为有功电流ID给定（有功电流是指输入电流中与Us相位相同的分量，调节ID就可控制整流器的功率因数，如果ID的给定为0，则功率因数为1）。整流器控制系统图的控制系统如图10-77所示。

    图10-77    整流器控制系统图

（作者稿费要求：需要高清无水印文章的读者3元每篇，请联系客服，谢谢！在线客服：）