1 引言

日立igbt整流器是一種電壓型pwm整流器，具有能量雙向流動、恒定直流電壓控制，以及高功率因數控制(cosφ≈1.0)等特點。使用該類型整流器除了實現高功率因數節省電能外，還能夠減少電網諧波，省去電網側無功補償svc裝置。

2 高功率因數的控制方法

2.1 pwm整流器的組成及工作原理

pwm整流器主回路一般采用二電平pwm整流電路或三電平pwm整流電路，主回路元件采用igbt元件，pwm整流器的工作原理與pwm逆變器的工作原理一樣，按照正弦參考波和三角載波進行比較的方法對igbt元件進行pwm控制，在整流器交流輸入端產生pwm電壓vc，其基波的頻率與正弦參考波一致，幅值與正弦參考波成比例。

改變整流器輸出電壓vc的基波幅值和相位，就可以使is和vs同相位、反相位、is比vs超前90°、以及is比vs超前/滯后某一所需要的角度。因此，整流器在理論上可以有4種運行方式：整流運行、逆變運行，純靜態無功補償運行以及is超前/滯后任意角度運行。

在實際應用中，整流器主要工作在整流運行狀態和逆變運行狀態。

電壓型pwm整流器控制方框圖組成如圖1所示。

這是一種采用電壓外環、電流內環結構的控制系統。

電壓外環(avr)起控制和穩定整流器輸出直流電壓的作用，在負載或電網波動時，通過反饋電壓和指令電壓比較控制，保證輸出直流電壓與指令一致。avr一般采用比例積分pi環節。avr的輸出作為整流器電流內環的有功電流的給定(iq*)。

電流內環(acr)有兩個直流電流調節環，一個用于q軸有功電流分量的控制，一個用于d軸無功電流分量的控制。前者的電流給定iq*是電壓控制avr的輸出，后者的電流給定id*是0(因為控制目標為cosφ≈1.0)。三相實際電流ir、is、it經過3/2坐標變換和旋轉變換后得到的有功電流iq和無功電流id作為相應的電流反饋。而兩個直流電流調節環的輸出vq*、vd*用于pwm控制。

負荷補償功能主要是考慮逆變器負荷變化時，為了保持電容器上直流電壓vdc的穩定，應根據逆變器負荷變化情況對整流器iq分量進行相應地補償。

2.2 功率因數為1.0的控制方法

所謂高功率因數控制，就是將功率因數控制到1.0。

鑒于整流器和逆變器相互之間是分別獨立運行的，它們是分別獨立可控的，能對整流器的功率因數進行獨立控制，而不受馬達負荷及運轉速度的影響，如圖2所示。

功率因數控制到1.0實際上就是設法使電源電流is與電壓vs同相位。因此，只要讓調制正弦參考波落后電網電壓vs一個角度，整流器網側輸出的pwm電壓vcp的基波分量vc落后于vs，使電流is與電壓vs同相，整流器工作在整流狀態，而且功率因數控制在1.0，如圖3所示。

那么vc如何來引導is的相位呢?

首先，從圖2可知道整流器輸入端電壓關系：vs=vc+vl 。

忽略變壓器電阻r不計，則電感電壓為vl=jωlis，所以vl與is相位是固定的，始終相差90°。在電網電壓vs一定的情況下，is的幅值和相位僅由矢量vc的幅值及其與vs的相位差來決定，因此只要改變矢量vc就可以相應改變is，使is與vs同相位，實現功率因數控制到1.0的目的。

那么改變vc到什么程度才能實現is與vs同相位呢?

我們可以畫出有關電壓和電流的矢量圖，如圖4。

根據圖4可以知道，要把整流器的功率因數控制在1.0的話，只要把無功電流設定值設為0(id~=0)，通過整流器控制系統調節改變輸出電壓vc的大小和相位，使實際無功電流分量id=0，那么is=iq+id=iq，is就能與vs保持在同相位，功率因數控制到了1.0。