三相电压型PWM整流器设计 55050045040035030000.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2 图 3-27 整流后直流侧母线电压仿真曲线
图3-26和图3-27分别是整流后直流侧母线电流仿真曲线和整流后直流侧母线电压仿真曲线。由图3-26仿真曲线可得，整流后的电流有一定波动，但基本在控制范围之内；而由图3-26的仿真曲线和相关仿真结果可以看出，直流侧母线电压相比在二极管不控整流下，电压水迅速提高，经过0.1秒的微小超调后，电压趋于稳定。
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三相电压型PWM整流器设计 第4章 三相电压型PWM整流器的硬件设计
4.1 主电路硬件设计
4.1.1 主功率开关器件的选择
在大功率电力电子器件的应用中，IGBT已取代了GTR或MOSFET成为应用的主流。IGBT的优点在于输入阻抗离、开关损耗小、饱和压降低、开关速度快、热稳定性能好、驱动电路简单。目前，由IGBT单元构成的功率模块在智能化方面得到了迅速发展，智能功率模块IPM (Intelligent Power Module)不仅包括基本组合单元和驱动电路，还具有保护和报警功能，以其完善的功能和较高的可靠性为我们创造了很好的应用条件，简化了电路设计。
本文设计的三相电压型PWM整流器功率为50kW，三相交流输入电压的相电压有效值为600V，主功率开关器件采用IPM来实现。假设效率为90%，则每相输入的额定电流有效值为
则网侧电流的峰值为
IN?50000?30.86A
600?3?90%(0-60)
INM?30.86?2?43.64A
考虑2倍的安全系数，取IPM的电流额定为100A。 最大反向电压URM
(0-61)
URM?2Um
式(4-3)中，Um是电源线电压的振幅值，当电源相电压为600V时
(0-62)
选
URM?2?2?3?600V?2938.85V
(0-63)
URM?3000V
(0-64)
综合以上分析，选取日本富士公司的智能功率模块7MBP100RA120作为主功率开关器件。
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三相电压型PWM整流器设计 4.1.2 交流侧电感的设计
三相电压型PWM整流器的交流侧电感的取值不仅影响到交流侧电流的动、静态响应，而且还制约着整流器的输出功率及功率因数。PWM整流器交流侧电感的主要作用如下：
1.使电流受控，是电流源特性，可将电流控制转化为电压控制，通过交流侧电压或是电流幅值、相位的控制均可实现在高功率因数下能量的双向流动。
2.抑制交流侧PWM谐波电流，从而实现交流侧正弦波电流或一定频带范围内的电流控制。
3.使三相电压型PWM整流器获得良好的电流波形的同时，还可向电网传输无功功率，甚至实现网侧的纯电感、纯电容运行特性。 4.1.2.1 稳态条件下满足功率指标时交流侧电感的设计
根据第二章在2.2节分析，当三相电压型PWM整流器在最大功率输出运行时，交流侧电压矢量与电网电动势矢量相位相差π/6, 此时，交流侧电感上的电压值为
?VL?2E?sin (0-65)
12则流经电感的电流值为
IL?VL??L2E?sin?12
(0-66)
?L则每相电网电动势发出或吸收的有功功率为
将式(4-6)代入（4-7），得
E2P?E?IL?cos?
122?LP?E?IL?cos
?12 (0-67)
?(0-68)
则三相电网电动势发出或吸收的有功功率为3E2/2ωL，本文设计的三相电压型PWM整流器功率为50kW，为了满足稳态条件下功率指标的要求，则有
3E2?50000 2?L
由式（4-9）得
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(0-69)
三相电压型PWM整流器设计
3E2L?
40000??(0-70)
将E=600V、ω=100π代入式(4-10)，计算得
L?21.55mH
(0-71)
4.1.2.2 满足瞬态电流跟踪指标时交流侧电感的设计
除了考虑稳态功率指标外，电感的设计还需考虑满足瞬态电流跟踪指标要求，既要抑制纹波电流，又要快速电流跟踪。为了抑制谐波电流较大的脉动，此时电感应足够大，以满足抑制谐波电流要求；另一方面，当电流过零时，其电流变化率最大，此时电感应足够小，以满足快速跟踪电流要求。
根据第2章图2-1所示的拓扑结构，考虑a相电压方程
Ldia?Ria?eadt?v-?vdcsa?dc3??s?k? k?a,b,c?(0-72)
若忽略交流侧电阻R，则上式简化为
Ldia?eadt?v-?vdcsa?dc3??s?k? k?a,b,c?(0-73)
式中 sk二值逻辑开关函数。
因此，三相电压型PWM整流器交流侧a相等效电路如图4-1所示。
iaea?Lvdc??2sa?sb?sc?3
图4-1 三相电压型PWM整流器交流侧a相等效电路
根据第3章3.1节和3.3节，可得三相电压型PWM整流器在最大负载整流输出运行时的空间电压矢量关系如图4-2所示，此时E与V之间的夹角为30°，E为电网电动势矢量，V为三相电压型PWM整流器交流侧电压矢量，VL为网侧电感上的电压矢量，设定交流侧电压矢量V以X轴为起始轴，并以角速ω顺时针旋转，则可设定三相电压
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三相电压型PWM整流器设计 型PWM整流器的网侧a相相电压为Vmsin?wt?，则有a 相电网电动势可表示为
Emsinwt???6?。
bX?010?1E?110?VL30?35V?011?4O?100?a2c?001?6?101?
图4-2 三相电压型PWM整流器空间电压矢量关系图
下面根据本文第三章所提出的三相电压型PWM整流器的控制策略，考虑在最大负载整流输出的情况下进行交流侧电感的设计。
首先考虑三相电压型PWM整流器交流侧电压矢量V在扇区3时，a相的情况，此时
由式（4-14），可得
即
则
L?ia??v??Em??t???dc?2sa?sb?sc? ?t6?3?Ldia??v??Em??t???dc?2sa?sb?sc? dt6?3?2k?????t?2k???
62(0-74)
(0-75)
(0-76)
???t??vdc ?ia??Em??2s?s?s?t?????abc??6?3???L(0-77)
根据第3章3.3节，当三电压型PWM整流器交流侧电压矢最V在扇区3时，在每个开关周期中，电压矢量U0(100)持续的时间可得
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