三相PFC整流器在輸入電壓不對(duì)稱時(shí)的改進(jìn)

4.2 PFC 控制策略

由于三相輸入電壓不對(duì)稱，為達(dá)到單位功率因數(shù)，可令各相電流都跟蹤各自相電壓，即：

根據(jù)式 (3 )，以區(qū)間I 為例，可以通過控制開關(guān) Tp 、Tn 使電感電流iLb iLc 對(duì)應(yīng) V *p和 V *n相應(yīng)的變化來實(shí)現(xiàn)。由于在I 區(qū)間內(nèi)有：

把式(8 )式(11 )和式(12 )代入式(13) 得：

把式(14 )代入式(3 )得：

令：

式中--Rs 等效電流監(jiān)測(cè)電阻。

Vm --反饋電壓環(huán)誤差補(bǔ)償器的輸出電壓。

此時(shí)式(15 )可表示為：

采用相同的分析方法所有區(qū)間內(nèi)的占空比公式可統(tǒng)一表示成：

其中矩陣 T 在不同區(qū)間的取值如表1。

表 1 矩陣 T 在不同區(qū)間的取值對(duì)照表

由式(17 )可知，如果控制開關(guān)Tp 和Tn, 使開關(guān)占空比dp 和dn 滿足該式的線性組合，就可以實(shí)現(xiàn)三相PFC. 因此，式(17 )是改進(jìn)后實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)的關(guān)鍵函數(shù)。當(dāng)輸入電壓對(duì)稱時(shí)，λa=λb=λc=1 ,式(17 )即簡(jiǎn)化為式(5)。

4.3 改進(jìn)策略條件下各相電流幅值分配比例

以下詳細(xì)分析按改進(jìn)策略控制整流器時(shí)各相電流幅值分配比例的情況。不失一般性，假設(shè)三相輸入電壓為：

由于改進(jìn)策略的控制目標(biāo)為各相輸入電流跟蹤對(duì)應(yīng)相電壓，因而各相輸入電流可表示成：

將式(19 )代入式(8 )可得：

由式(20 )可得出以下三點(diǎn)結(jié)論：①各相電流幅值的分配比例只與輸入相電壓的偏移角度有關(guān)，與各相輸入電壓的幅值大小無關(guān)。并且在一定范圍內(nèi)，偏移角度越大，該相的電流幅值分配比例就越大。②若輸入相電壓相位對(duì)稱，即θb=θc=0 ,輸入相電流對(duì)稱。③輸入缺相時(shí)，由于所缺相的電流必為0 ,由式(8 )和式(20 )可知，其他兩相的電流也必為0 .此時(shí)，整流器不能正常工作。

5 實(shí)驗(yàn)研究

為驗(yàn)證以上理論分析的正確性，根據(jù)圖1 所示的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)搭建一個(gè)2kW 的三相PFC 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用TI 公司的TMS 320LF2407為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制模塊，實(shí)現(xiàn)區(qū)間判定、相電壓不對(duì)稱系數(shù)計(jì)算、占空比計(jì)算、PWM 調(diào)制等控制功能。系統(tǒng)的主要參數(shù)為：輸入電感La=Lb=Lc=10mH ,輸出電容C0=470μF ,主開關(guān)元件采用MTY25N60E, 整流二極管采用MUR3080 ;系統(tǒng)的輸出為直流400V ;開關(guān)頻率為5kHz ;負(fù)載電阻為;輸出功率為1.6kW ;實(shí)驗(yàn)的輸入電流和a 相電壓如圖4 所示，示波器電壓波形為50V/格，電流波形為 5A/格;圖4a、 圖4b 的時(shí)間t 為4ms/格;圖4d的時(shí)間t 為100ms/格，對(duì)比圖4 電流波形可以發(fā)現(xiàn)：

圖4 實(shí)驗(yàn)輸入電壓電流波形圖

①只要三相電壓相位對(duì)稱，輸入電流就對(duì)稱。②相位不對(duì)稱時(shí)，各相的電流幅值差別就比較大。③文獻(xiàn)[1]所提出的單位功率因數(shù)控制方法在輸入電壓不對(duì)稱時(shí)輸入電流會(huì)發(fā)生相移，實(shí)現(xiàn)不了單位功率因數(shù)。④從圖4d 可以看出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間約為4 個(gè)電源周期，這和采用文獻(xiàn)[1]算法的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間大致相當(dāng)。對(duì)圖4a 和圖4b 的各電流波形進(jìn)行傅里葉分析，各相的THD 均在3%以下，功率因數(shù)為99.98%左右，進(jìn)一步驗(yàn)證了改進(jìn)控制策略的正確性在輸入對(duì)稱或不對(duì)稱情況下，各相電流都能很好地跟蹤相電壓，實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)。

6 結(jié)論

本文分析了基于單周期控制技術(shù)的雙并聯(lián)升壓型三相PFC 整流器在輸入電壓不對(duì)稱情況下輸入電流跟蹤輸入電壓不良的問題，并給出了改進(jìn)的控制算法。該算法通過一個(gè)或幾個(gè)周期的采樣電壓計(jì)算出輸入電網(wǎng)電壓的相電壓不對(duì)稱系數(shù)，并由此修正單位功率因數(shù)的計(jì)算公式，使各相輸入電流仍能很好地跟蹤各相電壓，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)和低電流畸變。與其他類型的三相PFC 整流器比較起來，本控制器有工作可靠、控制方案簡(jiǎn)單、只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算等優(yōu)點(diǎn)，并且在輸入電壓不對(duì)稱的情況下仍能實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)和很低的電流畸變。隨著DSP 技術(shù)和工藝的迅猛發(fā)展，高性能DSP 硬件成本越來越低，采用高性能DSP 實(shí)現(xiàn)本控制器，其電路復(fù)雜度將大大降低，具有良好的應(yīng)用前景。