任意PF下单相PWM整流器电感参数的选择

1、第卷第期Edited by Foxit ReaderCopyright(C) by Foxit Software Company,2005-2008电力电子技术，For Evaluation Only.，年月任意下单相整流器电感参数的选择李春龙，沈颂华，卢家林，白小青（北京航空航天大学，北京；西安爱科电子有限公司，陕西西安）摘要：选取整流器滤波电感参数的传统方法缺乏理论依据。通过分析电感电流的详细变化过程，建立了电感电流在任意功率因数（下过零时刻开关周期和峰值时刻开关周期的时域表达式，并且从快速跟踪指令电流和）抑制谐波电流两方面确定了电感值的取值范围。通过实验证实了该方法的可行性和很好的实用价

2、值。关键词：整流器；脉宽调制；滤波；功率因数中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，）：；引言式中电感的电压整流器的交流输入电压（）网侧功率整流器以其网侧电流为正弦波，因数可控，电能双向传输，以及较快的动态响应等优点，广泛用于有源电力滤波（、统一潮流控制）（，高压直流输电（以及可再生能源的）并网发电等。以往文献中，分析整流器原理及控制策略的较多，介绍实际应用中需要的滤波电感参数选择方法较少。文献，虽然介绍了单位功率因数（下滤波电感参数的选取，但并未提）及任意下如何选取滤波电感。为此，通过考虑一个开关周期中电感电流的详细变化过程，建立了电感电流在任意下过零时刻开关周期和峰值时刻开关周期的

3、时域表达式，并从快速跟踪指令电流和谐波抑制两方面分别确定了电感值的上下限。实验证实了其理论分析的正确。若要满足瞬态电流的跟踪指标要求，则要求电感的设计既能保证快速地跟踪电流，又能抑制谐波电流的脉动。以正弦波电流控制为例，当电流过零时，电流的图单相整流器变化率最大，此时电感主电路应足够小，以满足快速跟踪电流的要求；另外，在正弦波电流峰值处，谐波电流的脉动最严重，此时电感应足够大，以满足抑制谐波电流的要求。任意下过零时刻的电感取值理论分析滤波电感的作用图示出单相整流器的主电路。由图中的参考方向可得交流电源电压为：定稿日期：作者简介：李春龙（），男，天津人，博士研究生。研究方向为数字控制在电力电子技

4、术中的应用。以单极性脉冲为例，交流电流过零时的电流变化率最大，此时电感应足够小，以确保电流响应的快速性。图示出过零时的电流变化过程。图单极性电流过零时由式（可得：）的电流波形（）时，图中一个开关周期任意下有：给定电流Edited by Foxit ReaderCopyright(C) by Foxit Software Company,2005-2008For Evaluation Only.任意下单相整流器电感参数的选择式中时段的电流变化量电源电压峰值（）（）满足瞬态电流的跟踪指标，其电感取值范围为：（）（）为满足任意下的运行，式（中的不等式右）端应取极小值，式（中的不等式右端应取极大值。）

5、因此由式（可得：）（）取极大值，由式（当时，（）（）综合式（和式（可得满足任意下运行）（）若采用双极性脉冲，其设计方法与上述过程类（任意下有：）时，（）式中时段的电流变化量（）要满足快速跟踪电流的要求，实际电流变化率必须大于的变化率，即：式中给定的正弦电流峰值可得：（）电源角频率的为：综合式（，得：）式（）（）化简得：（）在占空比最大，即时，应取最快的电流跟踪响应，即：（）似，限于篇幅不再详述。实验任意下电流峰值时刻的电感取值正弦波电流峰值附近的谐波电流脉动最严重，此时电感应足够大，以确保抑制谐波电流，图示出峰值时的电流变化过程。（任）时，图单极性峰值电流时的意下有：电流波形（）（）（任意下有

6、：）时，（）（）稳态时，电流峰值附近一个开关周期中的（）综合式（可得：）式（）（）由式（可得：（）（）令谐波脉动电流峰峰值的最大允许值为，则电感应足够大，且满足：）（）任意下电感的取值单相整流器采用单极性控制时，为输入电源频率为，输入电源电压有效值为，开关频率为。据此可得，（）（）采用单极性脉冲，。如果设定，根据式（，则。如果采用单）极性脉冲，则根据式（，在时，）；时，。根据上述条件构建系统，开关器件采用测量仪器为。图，功率因数，示出，和时的电流电流谐波峰峰值最大为。的实验波形。此时，图示出，时的电流的实验波形。此时电流谐波峰峰值最大为。结论图实验结果针对如何在任意功率因数下有效选取整流器滤波

7、电感参数的问题，通过分析电（下转第页）第卷第期电力电子技术，年月电路参数推挽正激变换器的主要参数：额定直流输入电压为；直流输入电压变化范围为；直流输出电压为；开关频率为；功率采用元件；整流二极管采用输入滤波电容输出元件；滤波电容；输出滤波电感箝位电容变压器匝比。；双降压式逆变器的主要参数：直流输入电压；频率下的交流输出电压±；额定输出功率为；功率采用元件；功率二极管采用元件；输入滤波电容为输，出交流滤波电容为交流滤波电感；。实验结果图示出静止变流器样机的空载输出电压实验波形。图示出变流器样机阻性负载下的输出电压和输出电流实验波形。由图中电压波形可见，变流器在空载及阻性负载下均能输出高

8、质量的正弦波。与负载情况相比，空载下的输出电压波形畸变略大，但在从空载到满载的各种负载情况下均能保持输出电压波形的。图，示出静止变流器样机突加负载和突卸负载时的输出电压、电感上的基准电流实验波形。图，表明系统具有良好的动态性能。图示出静止变流器样机阻性负载下的效率曲线和输出功率的关系。阻性负载下的测试结果表明，在输入电压变化范围内，满载效率均高于；输出电压有效值为；输出电压的；输出频率为±。感电流位于过零时刻和峰值时刻的开关周期内的详细变化过程，建立了电感电流在任意功率因数下过零时刻开关周期和峰值时刻开关周期的时域表达式，从快速跟踪电流指令和抑制谐波电流两方面确定了电感值的取值范围。通过实验，证实了不同的电感取值时，在不同功率因数下谐波电流峰峰值（上接第页）图实验结果结论给出一种航空静止变流器的新方案，其前级采用了推挽正激式变换器；后级逆变器采用了两态滞环电流控制的双降压式逆变电路。这两种变换器的有机结合使得变流器的整机效率提高，电气性能优良。由于后级逆变器采用了电感电流的控制方法，使得该静止变流器具有良好的内部限流能力。研制的样机在输入电压变化范围内，阻性满载效率不低于。参考文献陈道炼逆变技术及其应用北京：机械工业出版社，张方华双向变换器的研究南京航空航天