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三相有源滤波器_PWM整流器_逆变器的关系

点击数: 发布时间:2020-11-21 09:17:50

  三大类开关电力器件

  有源滤波器(APF,或者说电源质量管理器)、PWM整流器(又称主动整流器AEF)、逆变器,有相似的变换,有密切的关系,甚至控制程序都是大部分相同的。

    技术关系

  如果说把APF(除去储电的直流电力电容)、AEF、逆变器都看着黑匣子,可以说这三者的两端都是相同的电源―――直流源DC和三相交流源AC,三者的作用都是变换这两种电源的形式。

  有源滤波器中,DC源的能量最初虽是来自AC源,但是DC电压建立后,DC和AC之间的能量是可以相互流动的。PWM整流器中,正常的整流过程是AC流向DC,输出DC电压时(如回馈制动时)DC流向AC。逆变器中,能量的情况是DC流向AC。

  APF、AEF、逆变器三者都是在变换DC和AC,那么这两个源之间能变化的必要条件是什么呢?两个源,如两碗水,必然水往低处流,水能流动的零界条件是水平,同样,两个源流动的零界条件是DC电压=AC电压(AC电压是线电压的峰值)。掌握了这点明白――做有源滤波器,以普通的400V三相工业用电来说,其线电压峰值为560V,考虑余量后DC电压要稳定在800V左右;做PWM整流器,如输出要求DC稳定在300V,则必须用变压器降压市电,变比至少要大于56:30;做逆变器,若DC侧电压为100V,采用SVPWM调制或3次谐波注入法时AC侧线电压峰值最大为100V(采用SPWM调制时AC侧相电压峰值最大为50V,这就是所谓SVPWM调制能提高直流电压15%利用率的原因)。说到这里,有心的朋友应该有这样的问题:APF、AEF、逆变器三者为什么都是DC侧电压高于AC侧线电压峰值?我们都知道,在自然状态下水总是往低处流的,逆变器完全符合此道,好理解;但是APF和AEF又怎样能使能量从的电平的AC侧流向高电压的DC侧呢?其答案是多加个抽水的“水泵”,这样“高往低放水”和“低往高注水”就都能够完成了。实际上,APF和AEF必须自带的电感和IGBT的开关状态在一定的情况下能够形成斩波升压电路,实现水泵功能。

  APF、AEF、逆变器的电源关系如此相似,必然这三者在实现的控制技术上有共同的地方。通过我自己的已经完成的APF实验,我以APF为基础来说。一台APF怎样变成一台AEF?直接去掉交流侧的三相负载(使交流侧电流只在APF和电网间流动),在直流侧就上直流负载就行了(使APF消耗直流侧的有功),连控制程序都可以不变。完全可以说AEF就是特殊条件下的APF。一台APF怎样变成一台光伏发电用的逆变器?还是去掉交流侧的三相负载,在APF和电网之间多加一个并网变压器,在直流侧接上直流流源,在控制程序中增加一个MPPT(最大功率点跟踪)模块工。一台APF怎样变成一台带电机用的逆变器?还是去掉交流侧的三相负载,还要去掉APF的电感,在直流侧接上直流流源,在控制程序中三相交流给定要变化(要能变频,APF是源于电网)、增加速度转矩控制(即频率、电流、电压关系控制),改造复杂难度大。

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