電力有源濾波器的電路仿真

1、歡迎訪問(wèn)Freekaoyan論文站電力有源濾波器的電路仿真歡迎訪問(wèn)Freekaoyan論文站    歡迎訪問(wèn)Freekaoyan論文站    摘  要：采用電力有源濾波器是目前公認(rèn)的改善供電質(zhì)量的有效方法，考慮生產(chǎn)成本及運(yùn)行成本，采用無(wú)源加有源綜合補(bǔ)償?shù)姆绞绞亲顬楹侠淼姆椒?。在此方案中使用電力電子器件的有源濾波器部分功率不必很大，可使用小功率器件設(shè)計(jì)電路。因此在大功率電力電路中如何保護(hù)電子器件顯得尤其重要。本文介紹了一種使用IGBT(Insolate Gate controlling Bipolar Tr

2、ansistor) 的電力有源濾波電路，并從保護(hù)電力電子器件的角度對(duì)電路進(jìn)行了仿真研究，得到一些有益的結(jié)論。 關(guān)鍵詞：電力有源濾波器  電力電子器件  仿真 The Simulation of  Power Active Filter Circuit Li Xinguang,  Cai Xingyong (Dept. of Physics  and Electronics, Guihuagang Campus, Guangzhou University, Guangzhou 510405,China;)Abstract: To be accep

3、ted by people, using APF(Power Active Filter) to improving power quantity is availability method . But the APF cost price and running price is high. Using active-passive-mixed plan is a good choice. In this method, the power of the device in the circuit is not need very large and the protection of t

4、he device is important. One circuit of APF using   IGBT(Insolate Gate controlling Bipolar Transistor) is introduced in this paper, the Simulation approach about the protection of IGBT is present. Some good results are given.  Key words: Power Active Filter Circuit  Power Electron

5、ics device  Simulation 1  引  言 由于各種用電設(shè)備的使用，使得供電網(wǎng)出現(xiàn)了功率因數(shù)低、電壓不穩(wěn)、三相不平衡和諧波等問(wèn)題。這些問(wèn)題的總體表現(xiàn)是電網(wǎng)波形的畸變。理論上，采用有源濾波器可以補(bǔ)償電網(wǎng)中的任何畸變，但采用電力電子器件構(gòu)成的電力有源濾波器存在生產(chǎn)成本及運(yùn)行成本高的問(wèn)題。因此在我們開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的補(bǔ)償系統(tǒng)中采用了無(wú)源加有源的混合方式。在這種方式中無(wú)源部份采用電力電容作為執(zhí)行器件，對(duì)電網(wǎng)中的大部份無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償。有源部份則用于需要快速補(bǔ)償?shù)牟糠轃o(wú)功及諧波等。這樣我們可用功率較小的電力電子器件構(gòu)成有源濾波器加上無(wú)源補(bǔ)償部份對(duì)電網(wǎng)畸變進(jìn)行較為理想的

6、補(bǔ)償。 在我們的設(shè)計(jì)中，主電力電子器件采用了IGBT，在混合補(bǔ)償方案中，由于IGBT的高價(jià)格及高運(yùn)行成本故不希望采用大功率的IGBT，因此在混合補(bǔ)償方案中，將小功率器件IGBT運(yùn)用于大功率電源系統(tǒng)中如何保護(hù)器件顯得尤其重要。本文介紹了一種電力有源濾波器電路，重點(diǎn)對(duì)流過(guò)IGBT的電流進(jìn)行了仿真研究。2  電力有源濾波器電路 2.1  電  路 圖1為電力有源濾波器仿真電路。圖2為PWM信號(hào)形成及控制電路。圖1  電力有源濾波器仿真電路 fig1 The simulation circuit of APF 2.2  電路說(shuō)明 在圖1中，

7、S1S6為壓控開(kāi)關(guān)其與D1D6構(gòu)成6單元的IGBT模塊，La,Lb,Lc為輸出電感，C3C5為濾波電容，RLa,RLb,RLc為三相負(fù)載，R1R3用于檢測(cè)流過(guò)IGBT的電流。HB1HB3為子電路用于產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)PWM控制信號(hào)去控制對(duì)應(yīng)的IGBT上下橋臂。     圖2為三個(gè)子電路之一。V2，V3用于模擬控制信號(hào)，V1產(chǎn)生三角波,TABLE相當(dāng)于一個(gè)電壓比較器。E1與E2相當(dāng)于運(yùn)放，E1為同相放大，E2為反相放大，E1，E2放大倍數(shù)均為1。圖2  PWM信號(hào)形成及控制電路 Fig2 PWM signal forming and controlling circ

8、uit3  電路仿真 3.1  子電路工作仿真 見(jiàn)圖2 子電路電路參數(shù)分別為：V2幅度0.9V,頻率50赫芝,相位180度，即 ；V1正負(fù)幅度為1V,頻率10KHZ。圖3給出了其工作波形。說(shuō)明該電路能實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。 3.2  IGBT工作波形 圖4 為控制電路輸入電源分別為： 、 、 時(shí)，即希望輸出三相電時(shí)的波形。此時(shí)輸出電感取值2.4mH。 圖3  子電路工作波形。 Fig3 The working wave of sub-circuit圖4 IGBT輸出的三相電波形 Fig4 The output three phase electricity wa

9、ve of IGBT 當(dāng) 時(shí)， ， 不變，得如圖5所示畸變波形。 圖5  由IGBT輸出的畸變波形 Fig5 The distortion wave output of  IGBT3.3  IGBT工作電流 采用無(wú)源加有源工作方式構(gòu)成綜合矯正系統(tǒng)時(shí)，有源濾波器中的IGBT不可能選擇很大功率的器件，因此在IGBT接入前應(yīng)有充分的研究分析。例如在我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)中選用的IGBT能通過(guò)的最大電流為50A，因此我們的分析工作應(yīng)放在如何使工作電流不超過(guò)50A。 圖6、圖7分別為IGBT輸出三相電時(shí)的續(xù)流二極管與IGBT電流情況。 圖6 輸出三相電時(shí)二極管中的電流 Fig6 T

10、he current of diode 圖7  輸出三相電時(shí)IGBT中的電流 Fig7 The current of IGBT圖8為負(fù)載電阻由10歐減小為2歐，其它條件不變時(shí)IGBT中的電流。 圖8  負(fù)載電阻對(duì)IGBT工作電流的影響 Fig8 The current of IGBT when load varying圖9為負(fù)載電阻仍為10歐，直流電源電壓增加360V時(shí)，其它條件不變時(shí)IGBT中的電流。從圖中知IGBT工作電流明顯增加。 圖9  直流電源電壓對(duì)IGBT電流的影響 Fig9 The current of IGBT when DC source var

11、ying    圖10為負(fù)載電阻仍為10歐，直流電源電壓仍為120V，控制信號(hào)的幅值為0.3V，其它條件不變時(shí)IGBT中的電流。 圖10  控制信號(hào)對(duì)IGBT工作電流的影響 Fig10 The current of IGBT when controlling signal varying進(jìn)一步仿真證實(shí)，（1）直流工作電壓影響IGBT的工作電流，當(dāng)采用三相整流供電，直流電壓高達(dá)890V，若每相負(fù)載電阻取2歐，此時(shí)IGBT中最大電流已達(dá)48A，說(shuō)明50A的IGBT不宜直接接入低壓電網(wǎng)中。（2）電網(wǎng)負(fù)載電阻影響IGBT工作電流，當(dāng)直流電壓為890V，每相負(fù)載電

12、阻取為1歐，這符合400A負(fù)載電流時(shí)的工作情況。仿真表明IGBT中最大電流已達(dá)70A。（3）輸出電感影響輸出波形效果及IGBT中工作電流，當(dāng)輸出電感取0.24mH, 每相負(fù)載電阻取2歐,直流電壓為890V時(shí)，輸出波形變差，且IGBT中最大電流已達(dá)60A。上述結(jié)果表明最大電流50A的IGBT不宜直接用于負(fù)載電流達(dá)200A以上的低壓電網(wǎng)。 4  結(jié)  論 采用無(wú)源加有源的方式開(kāi)發(fā)新一代的電網(wǎng)供電補(bǔ)償器，有源補(bǔ)償部分也可給傳統(tǒng)的無(wú)源補(bǔ)償器加上有源補(bǔ)償部分對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行改造。因此研究無(wú)源加有源補(bǔ)償電路形式具有實(shí)際意義。本文采用仿真的方式對(duì)流過(guò)電力電子器件的電流進(jìn)行研究，并得出一些有意義的結(jié)論。這將對(duì)無(wú)源加有源混合補(bǔ)償器的開(kāi)發(fā)中器件的選擇及保護(hù)具有指導(dǎo)意義。參考文獻(xiàn)： 1 張占松，孫時(shí)生，伍言真. 電路和系統(tǒng)的仿真實(shí)踐. 北京:科學(xué)出版社電路.2000年1月 2 Akagi H. Kanazawa Y ,Nabe A. Instantaneous reactive power compensators comprising switching devices without energy storage components. IEEE Trans. Ind. Applicat.,1984,20(3).625-630