对三电平整流器主电路建模的研究

Vol.26No.62006.11/12船电技术 2006 年 第 6 期对三电平整流器主电路建模的研究王莹(华东交通大学电气与电子工程学院 摘 南昌 330013)要：三电平整流器也叫二极管钳位整流器，它的每个开关管所承受的关断电压为直流电压的一半，并且交流侧脉宽调制相电压有三个电平值，使得波形更接近正弦波。本文对单相三电平整流器的电路工作模式进行了分析，并 据此建立了单相三电平整流器的数学模型并编写了 S-FUNCTION。用瞬态电流法仿真对比 simulink 模块搭建与建 立三电平整流器模型的波形结果，得出所建立的数学模型完全正确。 关键词：三电平 数学模型 文献标识码：A 文章编号：1003-4862（2006）06-0037-04中图分类号：TM461Study on the Main Circuit Math Model of the Three-Level RectifierWang Ying1(Electronic and Electric Engineering College, the East China JiaoTong University, Jiangxi 330013, China;)Abstract：The three-level rectifier is based on diode clamped scheme. Each switch of it loads with half the DC voltage. AC PWM phase voltage haves three values, which makes the AC PWM wave more close to the sine. This paper analyses the run-mode of the three-level rectifier circuit and establishes the math model of the singe-phase three-level rectifier, and based on it, the S-function is compiled. The effectiveness of the model is verified by comparing the simulink module simulation with the math model using the instantaneous current control algorithm. Keywords：three-level；math model (3) 因为选择的采样周期很短，所以可以以连 续系统对系统进行建模和仿真。 由此，三电平整流器的主电路工作模式可以归 纳为七种，如图 2 所示。每种工作模式的状态方程 可归结为一个，如下：1 引言相对两电平 PWM 整流器，三电平 PWM 整流 器能够减少电磁干扰，减少功率开关管的电压强 度，并且增加了开关频率，使得入端电流更接近正 弦，谐波含量显著减少。因此，三电平整流器的应 用越来越多。X = AX + BU其中：2 单相三电平整流器主电路的数学模型单相三电平整流器的主电路图如图 1 所示。 为了简化计算，做了以下假设： (1) 功率开关为理想的。 (2) 忽略换流过程，即认为换流是瞬间完成的。 ————————收稿日期：2006-05-20 ucd 1 ucd 2 X = u2 ; iN i 2 uN U = ; iL 作者简介：王莹(1980—)，女，汉族，现为华东交通大学研究生，主修电力电子与交流传动。37

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Vol.26No.62006.11/12船电技术 2006 年 第 6 期 整流运行情况时的向量图如图 4 所示。 0 - 1 Cd - 1 0 Cd ; B = 0 0 1 0 LN 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 A= 1 1 0 s1 ( ) s 2 ( ) LN LN 1 1 1 L2 L2 L2 s1 s2 1 Cd 1 Cd 1 Cd 1 Cd 1 C2 0 0 I N RNUNjω LN I NINUS图 4 整流运行情况时的向量图由方程（1）和向量图我们可知，假如变压器 二次侧电压 U N 和电感 LN 已知的话， 那么只要控制0 RN LN 0U S 的幅值和相位，也就控制了 I N 的幅值和相位。利用此原理，我们得出瞬态电流控制的基本思路， 方程如下：* u S (t ) = u N (t ) i N (t ) R N i N (t ) j ω L N K i N (t ) i (t )s1、s2 的取值分别为： 工作模式 1——s1=0，s2=0； 工作模式 2——s1=1，s2=0； 工作模式 3——s1=-1，s2=0； 工作模式 4——s1=0，s2=1； 工作模式 5——s1=0，s2=-1； 工作模式 6——s1=1，s2=1； 工作模式 7——s1=-1，s2=-1。[]其中 iN (t ) = I N sin ωt 将其代入可得：u S (t ) = u N (t ) ( I N R N sin ω t + I N L N ω cos ω t ) K [I N sin ω t i N (t ) ]*其中： i N (t ) 的幅值为电压调节器的输出值， 即 iN (t ) 的参考值。3 瞬态电流控制整流器交流侧等效电路如图 3。4 仿真试验用同样的控制方法同样的参数去控制 simulink 已有的三电平整流器模块和自己建立数学模型的 三电平整流器，仿真试验框图如图 5 所示。其中， scope1 为所建立数学模型的仿真入端电压电流波图 3 整流器交流侧等效电路形，scope2 为 simulink 已有模块控制仿真与数学模 型控制仿真的直流电压对比、入端电流对比波形， scope3 为 simulink 已有模块的控制仿真入端电压电 流波形。其中 LN 和 RN 分别为折合到二次侧的变压器绕 组的漏感和电阻， U N 为变压器二次侧电压向量，I N 为变压器二次侧电流的基波向量，U S 为调制电压的基波向量，则二次侧交流回路的向量电压方程 式为：5 仿真结果分析通过观察两个仿真的结果，如图 6、7、8 所示， 对比可以看出两种仿真的直流电压和入端电流几 乎吻合，说明所建立的三电平整流器的模型能正确 反映出其要求。 39U N = U S + I N RN + jω LN I N（1）

船电技术 2006 年 第 6 期Vol.26No.62006.11/12图 5 simulink 模块搭建与数学模型的控制仿真对比系统结构图图6simulink 模块搭建与数学模型的直流电压、入端电流 对比图 8 所建立数学模型仿真的入端电压电流写 S-function。经过 simulink 原有模块搭建仿真与 所建立模块仿真相对比，观察其波形可以得出所建 立的数学模型是完全正确的。 参考文献：[1] 林渭勋. 现代电力电子技术[M]. 北京： 机械工业出版社, 2006.1. [2] 徐德鸿. 电力电子系统建模与控制 [M]. 北京：机械工 业出版社, 2006.2. [3] 于海宁. 舰船电力推进系统高压整流控制技术研究[D]. 哈尔滨工程大学硕士论文, 2003. [4] 李波. 四象限变流器 PWM 双闭环控制系统的计算机仿图 7 simulink 已有模块仿真的入端电压电流真[J]. 机车电传 …… 此处隐藏：1344字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……