電力有源濾波器的電路仿真

1、歡迎訪問Freekaoyan論文站電力有源濾波器的電路仿真歡迎訪問Freekaoyan論文站    歡迎訪問Freekaoyan論文站    摘  要：采用電力有源濾波器是目前公認的改善供電質(zhì)量的有效方法，考慮生產(chǎn)成本及運行成本，采用無源加有源綜合補償?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計電路。因此在大功率電力電路中如何保護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，并從保護電力電子器件的角度對電路進行了仿真研究，得到一些有益的結(jié)論。 關鍵詞：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題。這些問題的總體表現(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)成本及運行成本高的問題。因此在我們開發(fā)設計的補償系統(tǒng)中采用了無源加有源的混合方式。在這種方式中無源部份采用電力電容作為執(zhí)行器件，對電網(wǎng)中的大部份無功進行補償。有源部份則用于需要快速補償?shù)牟糠轃o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源補償部份對電網(wǎng)畸變進行較為理想的

6、補償。 在我們的設計中，主電力電子器件采用了IGBT，在混合補償方案中，由于IGBT的高價格及高運行成本故不希望采用大功率的IGBT，因此在混合補償方案中，將小功率器件IGBT運用于大功率電源系統(tǒng)中如何保護器件顯得尤其重要。本文介紹了一種電力有源濾波器電路，重點對流過IGBT的電流進行了仿真研究。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  電路說明 在圖1中，

7、S1S6為壓控開關其與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為三相負載，R1R3用于檢測流過IGBT的電流。HB1HB3為子電路用于產(chǎn)生對稱PWM控制信號去控制對應的IGBT上下橋臂。     圖2為三個子電路之一。V2，V3用于模擬控制信號，V1產(chǎn)生三角波,TABLE相當于一個電壓比較器。E1與E2相當于運放，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正負幅度為1V,頻率10KHZ。圖3給出了其工作波形。說明該電路能實現(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，即希望輸出三相電時的波形。此時輸出電感取值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 時， ， 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 采用無源加有源工作方式構(gòu)成綜合矯正系統(tǒng)時，有源濾波器中的IGBT不可能選擇很大功率的器件，因此在IGBT接入前應有充分的研究分析。例如在我們設計的系統(tǒng)中選用的IGBT能通過的最大電流為50A，因此我們的分析工作應放在如何使工作電流不超過50A。 圖6、圖7分別為IGBT輸出三相電時的續(xù)流二極管與IGBT電流情況。 圖6 輸出三相電時二極管中的電流 Fig6 T

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

11、ying    圖10為負載電阻仍為10歐，直流電源電壓仍為120V，控制信號的幅值為0.3V，其它條件不變時IGBT中的電流。 圖10  控制信號對IGBT工作電流的影響 Fig10 The current of IGBT when controlling signal varying進一步仿真證實，（1）直流工作電壓影響IGBT的工作電流，當采用三相整流供電，直流電壓高達890V，若每相負載電阻取2歐，此時IGBT中最大電流已達48A，說明50A的IGBT不宜直接接入低壓電網(wǎng)中。（2）電網(wǎng)負載電阻影響IGBT工作電流，當直流電壓為890V，每相負載電

12、阻取為1歐，這符合400A負載電流時的工作情況。仿真表明IGBT中最大電流已達70A。（3）輸出電感影響輸出波形效果及IGBT中工作電流，當輸出電感取0.24mH, 每相負載電阻取2歐,直流電壓為890V時，輸出波形變差，且IGBT中最大電流已達60A。上述結(jié)果表明最大電流50A的IGBT不宜直接用于負載電流達200A以上的低壓電網(wǎng)。 4  結(jié)  論 采用無源加有源的方式開發(fā)新一代的電網(wǎng)供電補償器，有源補償部分也可給傳統(tǒng)的無源補償器加上有源補償部分對電網(wǎng)進行改造。因此研究無源加有源補償電路形式具有實際意義。本文采用仿真的方式對流過電力電子器件的電流進行研究，并得出一些有意義的結(jié)論。這將對無源加有源混合補償器的開發(fā)中器件的選擇及保護具有指導意義。參考文獻： 1 張占松，孫時生，伍言真. 電路和系統(tǒng)的仿真實踐. 北京:科學出版社電路.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