A Polynomial Current Controller for a Third-Harmonic Modulated Power Factor Correction Rectifier Feeding a Vector Controlled Induction Motor Drive

This paper presents the analysis, design, and hardware implementation of a digital polynomial Regulation, Steady-State Error and Tracking (RST) current controller-based third-harmonic modulated boost-type power factor correction (PFC) rectifier. The proposed rectifier is used at the front end of a vector controlled induction motor drive (VCIMD) to eliminate harmonics at the input AC supply. The proposed PFC rectifier modifies the input current to a sinusoid with unity power factor apart from offering DC bus voltage regulation. In this paper, a digital proportional-integral (PI) and RST current controllers are compared in terms of total harmonic distortion (THD) and power factor (PF) at the point of common coupling for different loading conditions. The RST current controller tracks the set-point accurately with zero steady-state error and offers good disturbance rejection that enables further reduction of supply current THD as compared to a conventional PI current controller. The control algorithm for the PFC front end rectifier along with vector control technique is implemented using a digital signal processor, and the dynamic performance is analyzed for step changes in reference speed and load torques, demonstrating significant improvement in the performance indices.     

交流传动电力机车网侧电流谐波特性及其抑制方法

与直流传动电力机车的晶闸管相控整流器相比,交流传动电力机车中的网侧PWM整流器具有功率因数高、输入电流正弦化和能力双向流动等优点。为了减小交流传动电力机车对牵引供电网的谐波污染,本文首先分析了网侧单相PWM整流器的工作原理;然后介绍了其控制方法,并在此基础上分析了其网侧电流的低次谐波分布特性;最后给出了基于陷波滤波器的网侧电流低次谐波抑制算法。并将该谐波抑制方法与常规的控制算法进行了对比。计算仿真结果表明：与常规控制算法相比,该谐波抑制算法能够有效的抑制网侧电流的低次谐波。     

变拓扑混合双12脉波整流器的电流预测控制

多脉波整流技术是大功率整流系统抑制谐波电流的主要手段之一,传统的24脉波整流器串联工作时存在网侧谐波电流过高的缺陷。为此,对传统24脉波整流器进行改造,通过增加若干切换开关,得到一种具有混合工作模式的变拓扑双12脉波整流器。研究了开关状态的不同组合与串联、并联和冗余工作模式的对应关系,详细分析了混合工作模式的等效电路和电流预测控制的实现机理,进一步研究了电流预测控制策略实现不同工作模式间的快速切换和输出电流的快速响应问题。最后,通过仿真分析和实验验证了电流预测控制策略的有效性,结果表明在相同负载电压下,混合模式的网侧谐波电流低于串联模式。     

一种用于12脉波整流器谐波抑制的交错并联变换器

12脉波整流系统存在输入电流谐波含量较高的问题,对此本文详细分析了系统交直流侧电流关系,明确了有源平衡电抗器(AIPR)原边环流抑制输入电流谐波的机理,设计了交错并联Boost PFC电路对AIPR原边电流进行调制,以降低系统交流侧输入电流谐波;同时将能量馈送至12脉波整流系统输出负载侧,以实现谐波能量的重新利用。利用Matlab/Simulink对所设计的系统进行了仿真验证,并在9 kW功率等级下进行了实验验证。结果表明,仅需加入系统容量2%左右的变换器,即可将输入电流THD降低至原来的1/3,验证了该方法在大功率场合谐波抑制的有效性。     

三相直流侧APF补偿性能的频域研究

三相整流桥装置产生的电力谐波具有谐波含量大,谐波频谱分布宽的特点。直流侧有源电力滤波器是针对整流桥装置提出的谐波治理方案。本文从频域角度对三相直流侧APF的补偿性能进行研究,定量分析了电流环带宽与谐波补偿效果的关系。并与传统交流侧APF进行了对比分析,在对相同的整流桥负载进行谐波补偿时,三相直流侧APF的补偿性能明显优于交流侧APF。最后采用平均电流控制策略,完成了三相直流侧APF的设计,并通过实验结果验证了理论分析的正确性     

基于改进空间矢量的新型电流型PWM整流器的研究

本文研究了一种新的具有PWM调制功能的电流型整流器(CSR)的拓扑结构,分析了该电路的工作原理,利用改进的空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术对其进行PWM调制.这种拓扑结构结合了传统的三相相控整流器和直流Buck斩波器的优点,实现了单位功率因数,降低了电流谐波含量,仿真及实验结果验证了采用改进控制策略的新型电流型整流器的工作性能.     

VIENNA整流器的设计与优化

三相AC/DC整流器作为许多电力电子设备中不可或缺的电气环节得到了广泛的应用。相比于传统的二极管整流器及相控整流器,VIENNA整流器具有网侧谐波含量低、功率因数高的优点。同时,VIENNA整流器比普通桥式PWM整流器具有更少的功率开关数量,进一步提高了系统功率密度。在简要介绍VIENNA整流器原理的基础上,结合3 k W系统进行了相应的工程设计,主要包括储能元件设计、滤波环节设计和控制环路设计。此外,针对电网电压畸变带来的输入电流谐波问题,采用了一种结合VIENNA整流器控制环路的指定次谐波优化方法,并针对其中LCL滤波器带来的谐振问题,从工程设计的角度进行了相应的优化。3 k W工程样机的实验结果进一步验证了设计方法以及所采用的优化方法的有效性。     

Three-phase active harmonic rectifier (AHR) to improve utility input current THD in telecommunication power distribution system

Modern telecommunication power supply systems have several parallel-connected switch-mode rectifiers to provide -48 V DC. A typical switch-mode rectifier configuration includes a three-phase diode rectifier followed by a DC-DC converter. Such a system draws significant harmonic currents for the utility, resulting in poor input power factor and high total harmonic distortion. In this paper, a three-phase active harmonic rectifier (AHR) scheme is proposed. In the AHR scheme, a diode rectifier module is replaced by a six-insulated-gate-bipolar-transistor pulsewidth-modulation rectifier to supply load harmonics as well as its own active power. Each DC-DC converter module is connected to a shared 48-V DC link. The AHR module together with parallel-connected switch-mode rectifiers is controlled to achieve clean input power characteristics. The VA ratings of the AHR scheme is compared with an active power filter approach. The control design is based on the synchronous reference frame approach. Analysis, simulation, and experimental results show that the AHR offers several advantages such as lower VA rating, better current control response, efficient use of the AHR DC link, small size, and stable DC-link voltage control.     

复合型电流质量调节装置的研究

提出了一种级联型复合电流质量调节装置主电路拓扑,与传统拓扑相对比,采用了双PWM变换技术.PWM整流器为装置提供了稳定的直流电压,实现输入功率因数近似为1,同时实现了直流电压与输出电流的解耦控制.逆变侧采用谐波与无功统一补偿的控制策略,并采用输出电流直接PI闭环反馈控制,保证良好的电流跟踪效果.最后设计了一套基于DSP+FPGA控制的低压实验原理样机,验证了所提出的主电路拓扑及控制策略的可行性和有效性.     

基于双抽头电抗器的48脉波整流系统分析及MATLAB仿真

多脉波整流器以供电质量高、网侧电流畸变小等优点,被广泛应用于电解铝及地铁直流牵引供电系统中。在基于整流变压器原边三角形延长接法的24脉波整流系统基础上,提出实现48脉波整流系统的方法;通过数学计算得到实现理想48脉动整流时抽头电抗器的抽头变比;建立了MATLAB仿真模型,对环流、网侧电流与24脉波整流进行对比分析。仿真结果表明:通过设置合理的抽头变比,利用抽头电抗器可以实现理想的48脉波输出,并可以消除特定次网侧电流谐波,有效降低网侧电流总谐波畸变率。     

变抽头六相整流电路的分析

交直流供电系统中，必须有效抑制整流器交流侧电流波形畸变，减小输出直流电压脉动，提高系统的电磁兼容性，优化直流电源供电品质。该文通过理论推导和实验研究，对带有变抽头均衡电抗器的新型六相整流系统进行了详细分析，给出了该系统的数学模型。通过解析法得出交流侧电流和直流输出电压波形，对交流电流进行傅氏级数分解，计算了整流器变压器原边电流正弦性畸变率和直流电压脉动系数，并得到它们的变化规律。结合实验研究电流正弦性畸变率的影响因素，证明了理论分析的正确性，得到了抽头换接器的匝数匹配优化值，为变抽头整流系统的工程设计提供重要的技术指导。     

一种电动汽车充电系统单相整流有源滤波方法

提出了一种应用于电动汽车一体化充电系统中的单相PWM整流有源滤波的控制方法,以抑制充电中单相整流电路的直流电压二次纹波。在单相电网电压充电时,这种控制方法能通过控制电机驱动器电路,复用其中的两相同时进行单相整流和有源滤波,在实现整流器单位功率因数运行、稳定输出直流电压的同时,减小直流侧电压的二次纹波,减小网侧输入电流的总谐波畸变率。对单相整流直流侧电压二次纹波的产生机理、有源滤波电路的拓扑结构、单相整流和有源滤波的控制原理和方法进行了详细地分析。最后搭建输入电压峰值110 V,输出直流电压220 V,负载等效电阻100Ω的仿真模型,通过仿真和实验结果验证了所提控制方法的可行性。     

基于DSP的三相整流器在电池储能中的应用

为了实现电能在储能电池与电网之间的双向流动,设计了一种基于DSP的全数字化空间矢量脉宽调制(SVPWM)三相整流器闭环系统.该整流器在控制策略上采用数字型双闭环PI算法,并选用DSP芯片和相应的高速数据采集电路、驱动和保护电路等实现闭环控制.给出了整流器硬件的拓扑、控制系统结构及软件程序流程,然后在基于TMS320F2...     

新型换流变压器在矿山直流供电系统中的应用

大功率晶闸管直流供电绞车的矿井中,谐波常引发事故,并使整流装置的功率因数降低,抑制谐波、提高功率因数成为整流装置的首要任务。新型整流变压器在传统的变压器绕组结构上新增了第3绕组,其输出端接有的滤波器绕组利用安匝平衡原理可以起到无功补偿和谐波屏蔽作用,它代替传统的整流变压器在整流电源系统中的应用,不仅为无功补偿和谐波屏蔽提供了新的手段,并可降低换流变压器的绝缘设计难度和设计容量,有利于变压器的安全稳定运行和延长使用寿命,具有较好的经济效益。     

不平衡供电条件下多脉动整流器的谐波特性分析

为明确非理想供电情况下多脉动整流器的谐波产生特性,研究了6脉波、12脉波整流电路在不平衡供电条件下的频域谐波耦合导纳矩阵模型.考虑晶闸管换相过程及不平衡电压对晶闸管开通和关断时刻的影响,分析了供电不平衡时直流侧谐波电压的特征以及不平衡电压分量对直流电压波动的影响;采用附加谐波耦合导纳矩阵,建立了考虑不平衡电压的三相6脉波整流器的谐波耦合模型,模型可拓展应用至任意脉波整流器在不平衡供电电压下的谐波分析;修正了整流电路电流断续情况下的模型,提升了模型通用性.仿真分析与实验测量验证了所提模型的准确性和有效性.     

共用直流母线SPDMR的设计原理及应用

简述直流母线SPDMR的主回路和控制回路工作原理.详细分析了晶闸管全控桥如何保证网侧功率因数的方法,以及控制部分采用带电压前馈和电流前馈的双闭环系统提高系统动态响应的原理.共用直流母线SPDMR控制系统在现场实际运行中显示了良好的工作效率,取得了让人满意的效果.     

单相PWM整流器输入电流波形的改善技术

PWM整流器是一种新型的功率因数校正方式,具有高功率因数、输入电流波形正弦、能量可双向流动、动态响应性能较快等优点。为提高其工作性能,阐述了单相PWM整流器的工作原理、控制方法,分析了输入电流波形中低次谐波(主要是3次)产生的原因,推导了其计算公式,并提出了采用低通滤波器和采用补偿器来改善电流波形的方法。仿真和实验的验证结果表明:加入低通滤波器可有效地改善输入电流波形,但却恶化了系统的动态性能;加入直流电压动态补偿器,可更好地改善输入电流波形,系统的动态性能不但不会恶化,反而稍微有所改善。     

基于滞环控制的高功率因数VIENNA整流电路的研究

针对三相VIENNA整流器谐波畸变率高、功率因数低等问题,本研究以三相VIENNA整流器为研究对象,研究了拓扑结构、基本工作模态、功率因数、控制方法、仿真等。采用电压外环电流内环的滞环控制策略,并通过MATLAB/Simulink仿真软件进行开环以及闭环的模拟仿真,通过仿真的对比和试验,结果表明:使用滞环控制策略的三相VIENNA整流器可以满足直流侧稳压输出和功率因数校正等要求,同时也降低了交流侧输入电流的谐波含量。     

采用三电平电压型PWM整流器的地铁牵引供电系统

提出了一种基于三电平电压型PWM整流器的新型地铁牵引供电系统(1500VDC),具有节能效果好、功率因数高、谐波含量小等优点,且易于采用模块化和冗余设计.论文重点介绍了变流系统的主电路拓扑、并联控制策略和三电平整流器控制策略,最后给出仿真及实验结果.     

多重联结大功率直流电源控制策略研究

大功率直流调速电源为提高功率因数采用顺序控制的多重联结整流器,但浅度控制时谐波较大,给电网带来了不容忽视的谐波危害,采用对多重联结整流器在顺序控制和同步控制时的输入侧电流的基波、谐波、谐波总畸变率、基波因数、功率因数等进行了波形及理论的对比分析方法,给出计算公式,得到了减小谐波的最佳控制策略。经过仿真与实验证明对于多重联结的大功率整流器的控制在深度控制时采用顺序控制,浅度控制时采用同步控制(并行控制)是大功率多重联结整流器的最佳控制策略,能实现在功率因数不变的前提下大幅度减小谐波。