带能量回馈的级联型高压变频器研究

　　1 引言

　　如图1所示，一般的级联型高压变频器的整流部分都是采用不可控的二极管，因而能量传输不可逆，当电机处于再生发电状态时，回馈的能量传输到直流母线电容上，产生泵升电压，使电容电压不稳。过高的泵升电压有可能损坏开关器件，从而威胁变频器的安全工作。

　　为此本文采用成熟的三相pwm整流技术，使用可控开关器件组成单个功率单元的整流电路，实现能量双向传输。同时对直流母线电容电压进行闭环控制来稳定直流母线电容的电压。这种方法还能实现网侧单位功率因数，使级联型高压变频器成为真正的绿色变频器。仿真证明该方法简单有效。

　　2 单个功率单元整流部分的数学建模及工作原理

　　从图1(a)的拓扑结构可以看到，级联型高压变频器由多个功率单元级联而成。因此，可以以单个功率单元为研究对象，建立它的数学模型并分析其工作原理。

　　从图1(b)可以看到，功率单元的整流部分是由不可控的二极管组成。为了实现能量回馈，稳定直流母线电容电压，需要用可控的igbt替代二极管，进行pwm整流控制。图2是改造后的功率单元拓扑结构图。

　　图2中，lx(x=a，b，c)为交流侧滤波电感，电阻rx(x=a，b，c)为滤波电感lx的等效电阻和功率开关管损耗等效电阻的合并。

　　设三相电源电压为：

　　式中：ed，eq，id，iq分别为功率单元整流部分的电源电压矢量、输入电流矢量在d-q轴上的分量。