第 卷 第 期 哈尔滨师范大学 自然科学学报 , 三 相 三 电平 整 流 器 的仿 真 分 析 刘 平 陈希有 哈尔滨工业 大学 【摘 要 】 该 文 分 析 了 新 颖 的 三 相 三 电 平 仿 真环 境 下 建立 了仿 真模 型 , 对 三 电 平 整 流 器 的 基 本 原 理 , 在 整 流 器 进 行 语 言和 了 系统仿真 关键词 整 流 器 仿 真 引言 在三 相 整 流 器 中 , 多 采用 三 电平 整 流 器 来减少 谐波 而 且 大 多 采用 的是 二极 管钳 位 形 的三 电平 整 流 电路 二 极 管籍位型 多电平变换器 的优点是便于双 向功率流控制 , 功率 因数控制方便 但 电路有 以下 一些 不 足 之处 需要 大量钳位二极管 每个桥臂 内外侧功率器件 的导 通 时 间不 同 , 造成 负荷不 一致 存在直 流分压 电容 电压不平衡 问题 其 开 关 器 件 较 多 , 开 关 损 耗 大 , 控 制 复 杂 本 文所研究 的 整 流器是 在 二极 管钳 位 型 三 电平 整 流器基 础 上 用 一 双 向开 关 电路来 完 成钳位功能 , 如 图 所示 经分析其数学模 型 和 二 极 管钳位 型 三 电平 整 流 器 是 等效 的 , 而 整 流器 的可控 器 件 减 为三 个 , 大 大 降低 了开 关 损 耗 , 同时也可 降低整 流器 的成本 〔‘ 一 , 与二极 管钳 位三 电 平 整 流 器 比 较 , 整 流器有如下 特点 区区 ”, 厂厂厂厂厂厂厂 叫反 一刁刁’ 卜卜卜 一 」」」」 日习几 叹叹 , 刁刁卜 月月 ,,,,,,,,,,,, …… 灭灭灭灭灭灭灭灭灭灭灭灭灭灭灭灭灭一叫 图 整流器主 电路 访 收稿 日期 一 一 

第 期 优 点 在相 同 的 电平 数下 , 开 关 器 件 由 个 减 小 为 个 因而 开 关损耗小 , 效率 高 电路得到简化 、可 靠性更 高 简化 了控 制环 节 , 可 降低成本 和体积 缺 点 能量 只 能单 向传递 同样需 要 大量 的二极管 存在直流分压 电容电压 不 平衡 问题 工 作 原 理 在 整 流 器 的 主 电路 图 中交流侧 的 为等值 电感 , 用 于抑制 高次谐波 和 平 衡桥 臂 终 端 电压 和 电 网 电 压 的 作用 为 等值 电 阻 , 通 常情况下 较 小 , 可 以 忽 略 不 计 飞 , 为 滤 波 电 容 , 为高次 谐波 电流提供低 阻抗通路 , 减少直流 电 压纹 波 , 同时还 有 平衡 中点 电位 的作用 每相 有 一 个 由全 控开关 器 件 分 别是 , 和 四 个 二 极 管组成 的双 向开关 , 如 图 所示 , 每只开关将 承 担直 流侧 电压 的一 半 , 令 态一一图 整流器 的双 向开关 之 设三相 输人 电压为 , 。 、 “ “ 宜“ ““ 田 , 。 “ ‘ “ 兰’ ‘ 一 井竺了 ‘ 又田 乙脚 三 相 电压 波形 如图 所示 图 输入 电压波形 以 。‘“ 晋为例 , 说 明三 相 电压 在 整 流状 态 时 的工 作情 况 在 这 个 区 间 相 的输 人 电压 始 三 相 三 电平 整流器 的仿真分析 、 相 的输人 电压始终 为 负 设开 关 管导 终 为正 , 通 时 为 , 关 断时 为 则 三 相 开 关 有 , 二 种 状 态 , 分别 如下 状态 “ 由 二 了 , “ , , 开 关管 。 , 。 , 。 关 断 , 电压 “‘ “ 二 一 万 , “ “ 盛 一 山 山 山 一 了 , 止 月 电 侃 刘 吧 容 , 及 充 电 状态 , 开关管 。 , 。 关断 , 。 开通 , 占 毛 脚 注 一 “ ‘ “ 心 ” 一 一 万 , “ 二 正 向电流 对 电 容 , 充 电 , 通过直流侧 负载放 电 状态 , , 开关 管 。 , 。 关 断 , 。 开 通 电压 气 。 警, “ 一 ”, “ 。 二 容 充 电 , 几 通过直流侧负载放 电 开关管 。 关 断 , 气一一 状态 , , , 正 向 电 流对 电 。、 。 开通 , 电压 。 。 二 华 , “ 。 目 一 , 充 电 , 通过直 流侧负载放 电 · ’ 一 胡 一 ’ 一 ‘ , 。 。 , 正 向 电流 对 电容 同 ’ 叨 一 ’ 一 ‘ 刁 曰 状态 , , 开关管 。 开 通 , ‘ 、 。 关 断 , 八 一 山 一 ’ “ , 。 二 。 “ 。 。 二 一 一二一 。 “ 。 。 二 一 尸 占 书 砚主 毛 拼 功 侧负载放 电 , 正 向电流对 电容 充 电 开 关 管 。 开 通 , 状态 ’切 一 , , 。 、又 一 、十 。 七 , 刀泊 呀 曰 孑爪 ’勺 鹉“ 旦 护“ 。 关 断 , 。 开通 , 电压 。 。 二 ” ’ 曰 一 , 。 。 二 一 李 , “ , 一 ’ 一 叫 ’ 一 , , 通过 直 一 ’ 一 ’ 一 流侧负载 放 电 , 正 向电流对 电容 充 电 状态 , , 开关 管 。 , 。 开 通 , 关 断 , 电压 。 , 。 一 一 , “ 。 一 ’ 一 厅 , 。 。 二 一 华 , 一 ’ 一 ‘ , 通 过 直 流侧 , 协 ’ 一 ’ 一 , 负载放 电 , 正 向电流对 电容 充 电 开 关管 。 、 ‘ 、 状态 , , 。 开 通 , 电压 、 , 通 过直流侧 负载放 。 , “ 。 二 , “ 。 二 , 电 由上 面可 推知线 电压 晰 。可 产 生 四个 电平 气一’ , 丛一 , 其绝对值是 三个 , 组成 了三 电平 哟 。 , 。 。也 由三电平组成 用这 三个电平合成的阶梯 波 , 接近正弦输出电压 其它扇区可仿照上 面推得 从 能量 变换 的 角 度 看 , 控制交 流 侧 电 流 就 可 以有效控制变换器交 、直流侧能量 的变换过程 根 据是否检测整 流 器 的输人 电流并将 电流信号作为 整 流器 的控制策略 可 分 为 反馈量进行控制 , 电流闭环 的直接 电流控制 和 电流开环 的间接 电流 控 制 两 大 类 本 文 采 用 了 开 环 空 间 矢 量 调 制 法 控制 电流 ‘ , , 

哈尔滨师范大学 自然科学学报 具体 的 电路参数通过计算得 开关 频率为 时 , 相 电压 二 , 率 尸 二 , 直流 电压 , , 调 制 比为 均 年 , 额 定 功 , , 二 仿 真结果 基 于 对 ’ 和 整 流 器 的 原 理 分 析 , 采 用 软 件 进 行 了仿 真分 析 仿 真 编制 , 本 仿真 环境 实验参数 的选 择原则是首先保证使功率因数接近 , 兼顾减小谐 波 大小 仿 真 中选 择 了两 种 调 制频 四 , 控制程 序 由 开 关频率为 电网相 电压 峰值 制 比为 时 , 稳态 直流 电压 , 额定 功 率 二 , , 调 , 为使功率因数接近 , 的值是 率 和 电容取 瞬瞬瞬卜一 。 。七二 考一一卜 嘴一 备一 嘴· 」」 二 口 二二二二二 、‘ 一 , 一 代一 、 二二 二 丫 , ………………………二二二二二二二 了丫 二二 碱碱碱 小一 瑙瑙卜呀 二 , 二争脚怪 ,, 一 飞瓦丁 节 一 , 、叫叫笼孟 灵灵监二 〕二矛叫叫 、, ‘ 母 …卜 匀卜砚‘ 。。‘ …, 。 卜卜卜卜 , 喃 一 一 孟二户气 一 一 一 下 一 产 一 一一 一 尸一 一 下 一 犷一 甲 一 奋奋 … 。 「「二 卜二 浑千二 份刁刁吮 , 叮二 万 卜 ·刁… 二 一 灰 一 冬透成二二 二 , ,沙咬 卜 一 , 一 臼臼, , 、尸尸 , 万 二 竺 ,, 二 一 , 认认尸 臼口口 产 , ‘ 一 , 小尸 , 二 ‘ 止 肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠肠 ‘ 、 口 ,,,,, , ’ 一 , ,, ‘ 一一 」」 图 整 流 器 三 相输入 电流 波形 图 中从左 到 右依 次是 、 、 相 电流 , 显 示 相 电流 的波形 接 近 正 弦波 ’ , ‘ 二二一 二 一 丁二 二三二一 二 一 」」 吟吟娜嘟嘟 鲍树嘟咖咖 ’ 生 , 二 」 「「一 , 一 , 一 , 一 , 一 〕〕 竺 , 、 」」 生 工 了二夏二了二艺了一 脚脚脚脚鞭肺卿两碳碳碳 〔〔〔〔二二三二二工 贾 亘二二二巡 二〕〕〕〕 「「「「二一 竺二二工 了艺三二二二〔二了 一 阵一 一 下一 一 一 一 一 一 一 ……………………………………………………………………………………………………………卜 二 闷 「 一 二二二二二 二二二二一 二二二 」」 二 月月 二了二二 二〕〕 黝黝 一一 , 二二 , , , 二 , 图 整流器 相 电感两端 电压波形 罗 一 图 中显示 相电压波形是三相三 电平整流器的特有波形 , 反映 了电感的平衡桥臂终端电压和 电网 电 压 的作用 门,‘呀 一 一 , 启 鱼 刊刊百 ‘ 一 一 , , 黔黔黔, 丁二二了二二乡乡乡乡乡 , 二二二了丁二二二 卜 二石印 巾州州州 从三三巨 二 」 “ 亩 呱呱洛 蕊蕊 口 ’’ , 二二三二 七曰宙宙‘翔洲孔 二 二 , 「「二落 不二 , 口 阵 杯二二 二毛 二弓二二刁刁刁 一 ‘‘陈陈卜一一卜 , 卜一 洲洲莎二二妻趣趣 〕理旧目目目目目目目目目目目目目 一 又 二 吞 二二 、、 〔 厄 、、、 一 , 曰曰脾 , 公公卜, 月月 二甲 犷 , 一 砚 ‘ ’ , , , , ” 图 叭 , 的波形 , 昭 甲 口口 泣 卜卜味味 介 脚脚脚尹尹 妈琳如如如,,,, 妞 汾宁宁 ” 图 相调制后 的电压 “ , 娜 , , 月月阵 月月竺 」」 ‘ 马 里 三 七 吻吻娜气气气 二 刁刁赫抨抨缈痴痴 二二二二 二二票二洲洲洲洲洲 一 丁一 一 一 一 下 一 一 「一 丁 一 」」 七 」 三 一 」」 ‘ 图 气 。 的波形 罗 , 

第 期 三相 三 电平 整流器 的仿真分析 多 , 少 , , 「「甲 一 七 、 ’ 一 , 一 一 飞里二 一 气气 几二二 , 一 飞一 ’ 」 一 , 主 「 一 一 ,, 、 , 二 气气 全 」」 … ,, 二 刁刁「 一 一 万 ’ 了 一 下 一 于 一 刊刊 竺 」」 。 竺 , , 二 一 一 仁 竺 里 互 」」 , 忙少 二 ‘ …卜 一 谧, 一 苍 十 一一 「 一 一 百 一 ’ , 犷 一 一 一厂 ’ 飞飞飞 」」一 奎一‘ 一 誉一 , 一一 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 门门门 」」 … ’ 一 付 二 ,,, ’ “ 色 , 一 ‘ 矛 口 ‘ 莽 君君 」」卜 , 一 , …二一 二 ,, 图 电容 和 两端 电压波形 皿 、 , 图 中为便于观察 , 设置使 、 , 两 端 电压 分别 在上下 两 部分显 示 ‘‘粉 取 ’ 叶 ’ “ 少 ‘ 咋咋“ “ 二 扣 ’ 协 全“ “ 努 , 份 一 肠 ”如 一 ‘ ’ 罗 ‘ 愧愧卜“ ‘ ’ 峨 七 『『 一 ’ 气 二 贾, 孟 丹 乡 , 冬冬冬 吞 , 、 泣 勺勺 , , ’ 一一一 · , , , · , · · … · 卜· 、 , , , 二 ‘ 一一一 二 命 名, 布布‘冲 份 · 小 二二 ‘ 少 今 由 卜 资 乒 ·· 卜卜卜卜 户 , 污 西 十 丫 亡 ‘ 产 ‘ 叮 武武武 · 升 亏一一 , 了’ 一 厂 气气 认 司司司司 产 二 , 碑碑” “ 丁 ‘ 、 ‘ , 认认认认认认认认 “ 片片 了 , “ , 闷 “ ‘ 护 , 丫 , 二 , 一 , 丫 母 脚 ,一 , 尸 “ 一 ’’ , ‘ 甲 , 声‘ “ 听听 。 · 小 介 。 小 · 月月‘二 补 扣 中 ·瑞瑞卜 中 ·于 ·扣 币 · 干 ·小 二二二二二二二二 丈丈“ 呵 丫丫 丫 卜卜卜 ’卜 一 “ 一 宁 ‘ ‘ 二 如 “ 仆 ’ “ 宁‘ ’‘ …‘ 一 砖 ’ 卜 呀呀 ,, 日 勺 马 司 卜 丫 , , , 一 门 工 要要要要要 勺勺勺勺勺勺勺勺勺 【序 遨遨遨 甭甭甭甭 一 ’ 了 ’ 爪” ’ 一 ””” 一 一 ’ 一 一一一一一 〔 于 图 相 电流频谱 一 开关频率为 时 的波形 如 图 所 示 一 凡 仁 层层不之犷月 一 二二 ‘ 一一干不履井井卜 , 卜一卜司司幽幽帐一卜一 卜 澎诫 二二不 不霍井井井井井井井井井井井井井井井井井井井井井井井 滋滋城 ,,, 匕 二 」」巴巴 母 二二 」 甲甲豁一奋一 冬 ,, 一 【二酥 一 正一 丁一 「汤砚石 ,, 二 每吕奋‘‘曰曰 ‘ 一 ‘ 月七七 互互互互互互互互互互互互粼卜 说说说说说说说说说说 困困困 了书书庵庵卜咭一 洲公三三日日卜生喊 · 妥二至努努陵陵· 弓一 , 一引引 ‘‘‘‘‘‘‘‘‘趁 … 曰研 一卜一剑剑匕匕匕 尸尸尸尸尸尸尸尸尸尸尸尸尸尸尸 一 ,’ , 祠祠卜冬列 性竺 一 」」二 。 匕匕 一 【二二一 一 一 , 门门 , 号·日日 」 一 , 下斗斗斗斗斗 浅 犷 一 「「「「 一 一 一 洲洲洲 里 生 一 一 上 里 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, , 一 图 三相 电流波形 击 , 图 中从左 到右依次是 、 、 相 电流 , 显 示相 电流 的波形接近 正 弦波 弓弓弓弓弓弓 工 ‘, 气气气气气 尸尸 沪沪沪 , 卜二飞一 犷 ,, 尸 , 间 门 , 尸侧 一一尸一一 , ’ ’’’ 拓拓吟卿卿冲冲嗦喃幽幽加与与 月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月 一 州州 护 二 一一 叫叫犷一一 〕〕 了了了了了了了了了了了了 “ “ 生 」」」」重重重重 沪沪沪沪 卜卜 卜 一 ’ 冬冬冬冬冬冬冬 图 相 电感 两端 电压波形 昭 注 一 一肪 一 ‘‘ 一 孙一 一 全乙二目目 二 乏 擎擎喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊喊 辣辣辣辣辣辣辣辣辣辣辣辣辣吸盆盆声碑 行行行翻韶罕罕罕罕‘ 二二二二二“ 一 二一厂竺于尸 , 一犷 ‘ 尹 、、、 、 ,, 」 二一 飞飞 刀 , 图 相调 制后 的 电压 气 , , , , 甲 一 , 一 一一一 厂一 ‘ ‘ 一 、止‘ , ‘ , 二 一 〔〔 一一 了 一 一 干一 一 一 一 、 二 映 ‘【 、 一 ’ 犷 互 一 一一一 一 飞一 “ ’ “ 气气气气气气 一一免 ““ 上 “ ‘ 占 之 ‘ 【 一 一 丁 一一一 户 件 扩 一 三二三宜工了了 一 “ 厂兰 二 落 生 ‘ 一 了一 “ “ 舀 , 宁 ‘ 户 带 仁仁 “ “ 一 也 ,, “ ‘ 一 , ‘‘ 幻 , 图 电容 和 两端 电压波形 罗 

哈尔滨师范大学 自然科学学报 沁 年 一 二 , 与二二 一一 占 ‘ 一 , 一, 一 ‘‘‘卜一一下二十一 ‘‘咭一一一一一一 沪沪盆 二 公 二 目目目 叫 叫 ,, ,, 罕 里巴生 毛竺了竺 夕夕, 平 节 州州 下下旧 尸 呀 一 , 月月 」」 嘴嘴犷, ‘ ,,,,,,,,,,,,, 岛岛改万 〕〕〕〕 卜二 ,,,,,, 咐咐‘ ,, , 尹 甲 , … 吝, 产产 , ,, …厂 于 甲 飞飞 , 。 号号号 , 言言舒, ‘ ‘ 刁 ,,,,,,, ‘‘ , ‘ 了 , 口 一 ,, 一 二二几 卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜 ·少少 “ 空 介 · 少少 狱 不 犷二 二二 令 ‘ · ‘‘卜、 , ‘‘ 叮 誉‘ 遭。。 犷润润‘ 一 进一 月月月月月月月 , 子子 含 尸 吸 护 甲 月月 护 犷 ‘ 艺, 、州州 协 布誉身 礼 不筑丈 。 捧 ·币 击 甲二 ‘‘二盆 二刁刁卜州州月 奋考、 万 布 协 ‘ 占卜古 , 一 ‘‘ 豁 二 山 人 , , , 一 甲 于于尸月 , 矛 , 丫 , , 】】】 甲甲 , 一 , 一厂 尸 ,, 号尸 嘴百百 人 , 甲一 叫 矛 二 ,,,,, 」」【二二 , , 写写产 」」尸 竺丁丁丁丁 卜 , ,,,, , 可 , 尸 一 ,, 尸 一 丫 一 , 弓弓气…护, 尸二 乎 二 ,,仁“ 呼子 …矛, 一 ,, , ,, , 一一一一一 竺 性性一 刀 叫 下下下下下 ,, , 王 ‘ 四四 一 月月‘一 》 一 岛一 匕 岛‘ 一一 ‘ 里 二 甲 ”侣侣 , 到 去 …团团“ 一 ‘ 争举 协 碑、少 ,, 一一 一图 巧 相 电流频谱 开 关频 率为 时 , 相 电流谐波 为 , 功率 因数是 相 电流谐波 为 开关频率为 , 功 率 因 数 是 , 时 , 可 见 在达 到 相 同的谐 波 指 标 和 功 率 因数 的情 况 下 , 提 高开关频率可 以 减 小 电感 和 电容 的设 计值 , 这 为 减少整 流器 的体积 和成本提供 了理论依据 结论 本 文分析 了 语 言 和 整 流 器 的工 作 原 理 , 在 仿 真环 境 下 建 立 了仿 真模 整 流器进行 了系统仿真 , 仿 型 , 对三 电平 整 流器 具 有谐 波 小 、功 率 因 真结果 显 示 数接近 、 输 出首毓 电 压 可 调 等 特 点 从 工 程 上 看 , 其 电路 控 制 简单 、 开 关 器 件 少 、 低 成本 、 低 损 耗 一 一 , 一 参 考 文 献 此 一 恤 一 阮甲 , , , ‘ , 一 一 、, 【 〕 一 脚 , 甲 脚 」 , , 一 ’ 、 一 习 ’ ’ , , 叨一 一 罗 一 , 甲 石 , , , , 一 玩 」 袱 , 一 一 即 , ’ 二 一 一 。 , , 一 一 助 ’ 一 , , 一 一 一 ‘ , 一 一 · , 责任 编辑 王 丹 红