PWM电流源型变流器.doc

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1、电力电子学大作业题目：PWM流源型变流器学院：电气与电子工程学院专业：电力电子与电力传动学生姓名：授课教师：2011年6月7日10PWM电流源型变流器摘要：本文对PWM电流源型逆变器（CSI）和PWM电流源型整流器（CSR）进行了深入研究。根据两者的谐波特性，都采用用了特定谐波消除（SHE）这中调制方法。通过Matlab/Simulink仿真得到相关波形，并由此结果可知特定谐波消除法对PWM电流源型变流器而言是一种非常有效的调制方法。关键词：SHE、电流源型、逆变、整流随着门极换相晶闸管（GCT）器件的出现，中压传动系统

2、中越来越多的使用PWM电流源型变流器。PWM电流源型变流器分为PWM电流源型逆变器和PWM电流源型整流器。前者具有拓扑结构简单、输出波形好、短路保护可靠等优点，在中压传动系统中使用得非常广泛；后者具有功率因数高、进线电流畸变程度低、动态响应性能好等特点。本文分别对PWM电流源型逆变器和PWM电流源型整流器进行了介绍，两者都采用了SHE调制法。本文还将对这个调制方法进行详细介绍，并分析采用该调制法的两种变流器的谐波特性。1.PWM电流源型逆变器1.1逆变器结构图1理想的PWM电流源型逆变器如图1所示为理想化的PWM电流源型

3、逆变器，它由6个GCT器件构成逆变器，且此GCT是具有反阻断能力的对称型结构。在中压传动系统中，这6个GCT器件还可以由两个或更多个器件串联代替。直流输入侧是一个理想的电流源。在实际应用中，电流源可以用电流源型整流器实现。10输入端引入的三相电容是用来帮助开关器件换相的。当开关关断的瞬间，逆变器输出的电流必须在很短的时间内减小到零，电容则为储存在负载电感中的能量提供电流通路，否则可能产生很高的电压尖峰，并导致功率开关器件损坏。同时，此电容还可以起滤波的作用，以改善输出电流、电压波形。且电容值可以随开关频率的增加而相应减小

4、。1.2消除特定的谐波PWM电流源型逆变器采用的是SHE调制法。这种调制法可以消除逆变器PWM输出电流中的主要低次谐波。功率器件的开关角度必须预先计算好并存入数字控制器中，以供运行控制中使用。由于Matlab/Simulink中不具备数字控制器模块，本文由于篇幅有限，只尝试仿真一组功率器件的开关角度时的情况。假设逆变器输出电流的表达式为：式中，傅立叶系数表达式为：式中，为被消除的谐波个数，表达式为：，为输出电流每半个周期中的脉冲数。为了消除这个谐波，假设由此可得到个方程当要消除5、7、11次谐波时，，则。可得下列方程组：

5、10通过牛顿-拉普逊迭代法解得：2.PWM电流源型整流器2.1整流器结构图2所示为单桥电流源型整流器的结构图。在中压传动系统中作为前端整流器，电流源型整流器需要采用两个或多个GCT串联连接。整流器交流侧电感为供电电源和整流器之间的总电感，包括供电电源的等效电感、隔离变压器的漏电感以及为减小网侧电流THD而增加的交流滤波电抗电感。与PWM电流源型逆变器类似，PWM电流源型整流器也需要滤波电容，以帮助GCT器件进行换相和滤除谐波。图2单桥电流源型整流器本文中所重点研究的是双桥PWM电流源型整流器，其结构如图3所示。采用双桥拓

6、扑结构有以下几点优势：10（1）网侧电流更接近正弦波。因为使用了移相变压器可以消除5、7、17和19次谐波电流，11和13次谐波可通过SHE方法来消除。高次谐波可通过滤波电容来加以抑制，因此变压器一次侧线电流波形更好。（2）开关频率比较低。因为整流器只需要消除两个谐波，因此器件的开关频率可以做到比较低。（3）运行可靠。在这样的整流器中，无需GCT串联，系统的可靠性得到了增强。（4）适合改造项目。双桥整流器需要移相变压器，而移相变压器可以阻止共模电压，使其不出现在电动机绕组上，避免绕组绝缘过早老化。图3双桥电流源型整流器2

7、.2消除特定谐波双桥电流源型整流器仍然采用的是SHE调制法，但与电流源型逆变器中所使用的有所不同。（a）低调制因数时的开关模式A（b）高调制因数时的开关模式B图4双桥CSR消除11和13次谐波的两种开关模式10如图4所示为双桥CSR的两种开关模式。其中A模式更适合低调制因数时的控制。此时每个开关器件在一个供电电压电源周期中仅有6个脉冲，后面三个为旁路脉冲。而B模式更适合高调制因数时的运行，每个开关器件在一个供电电源周期中有7个脉冲。两者结合使用，则幅值调制因数可连续调节。本文中双桥电流源型整流器的幅值调制因数为1，因此选

8、用了开关模式B。3.仿真3.1CSI仿真结果如图5所示，示波器中从上到下依次为逆变器输出电流、负载电流和A点到三相电容中性点Z的电压。图5所示为输入电流波形，由此可知输入电流稳定后基本上维持在200A不变。图7和图8分别是输出电流和负载电流的谐波分析图。图5输出电流、负载电流和电压10图6输入电流波形图7输出电流的谐