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三相不间断电源前级桥式整流器研究

李宏旭  
【摘要】:在线式UPS因其掉电无切换时间、输出电压波形质量好而广泛使用在对电能质量及供电可靠性有严格要求的场合。常见的在线式UPS为两级式结构,前级为整流器,后级为逆变器,两者通过直流母线连接。UPS负载种类繁多,工况复杂。三相不平衡负载和非线性负载都会导致逆变器输出功率存在脉动。脉动的逆变器输出功率使得直流母线电压产生相应的脉动,这种情况下采用传统的三相PWM整流器控制策略会导致整流器三相输入电流出现畸变。因此研究适合三相不间断电源前级PWM整流器的控制策略具有十分重要的意义。本文研究的三相不间断电源前级PWM整流器采用三相PWM桥式拓扑。本文分析了三相PWM整流器的工作原理,对旋转坐标系下的整流器进行了小信号建模,基于小信号模型设计了整流器电流内环和电压外环的控制器参数。为了避免常规锁相方法在非理想电网下锁相角畸变引入的电流畸变问题,利用二阶广义积分器构造的正交信号产生器对电网电压中的负序分量和谐波分量进行滤波。对于逆变器输出功率脉动导致的母线电压脉动问题,本文将逆变器负载分为三相不平衡负载和三相平衡负载两大类,每个大类下面又细分为线性负载,非线性负载和混合负载。通过对各类负载的输出功率脉动进行分析,得到不同负载情况下逆变器输出功率脉动的频率和幅值,并计算出母线电压脉动的频率和幅值。为了消除母线电压脉动导致的整流器输入电流畸变,在旋转坐标系下的双闭环控制策略基础上,在直流母线电压采样中加入滤波器滤除电压脉动分量。利用陷波器消除母线电压采样中2倍频脉动,利用低通滤波器消除母线电压采样中的6倍频脉动。最后设计并搭建了一台26kW全数字控制的三相桥式PWM整流器原理样机。实验结果表明,在不同负载情况下,所研究和提出的控制方法有效。


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