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(shù)控制（cosφ≈1.0）等特點,。使用該類型整流器除了實現(xiàn)高功率因數(shù)節(jié)省電能外,，還能夠減少電網(wǎng)諧波，省去電網(wǎng)側(cè)無功補償svc裝置,。
2 高功率因數(shù)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(chǎn)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(tài)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(tài)和逆變運行狀態(tài)。
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(huán),、電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)。
電壓外環(huán)（avr）起控制和穩(wěn)定整流器輸出直流電壓的作用,，在負載或電網(wǎng)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(huán)節(jié),。avr的輸出作為整流器電流內(nèi)環(huán)的有功電流的給定（iq*）。
電流內(nèi)環(huán)（acr）有兩個直流電流調(diào)節(jié)環(huán),，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(jīng)過3/2坐標變換和旋轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)環(huán)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(wěn)定，應根據(jù)逆變器負荷變化情況對整流器iq分量進行相應地補償,。
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(shù)控制（cosφ≈1.0）等特點,。使用該類型整流器除了實現(xiàn)高功率因數(shù)節(jié)省電能外，還能夠減少電網(wǎng)諧波,，省去電網(wǎng)側(cè)無功補償svc裝置,。
2 高功率因數(shù)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(chǎn)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(tài)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(tài)和逆變運行狀態(tài),。
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(huán)、電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng),。
電壓外環(huán)（avr）起控制和穩(wěn)定整流器輸出直流電壓的作用,，在負載或電網(wǎng)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(huán)節(jié)。avr的輸出作為整流器電流內(nèi)環(huán)的有功電流的給定（iq*）,。
電流內(nèi)環(huán)（acr）有兩個直流電流調(diào)節(jié)環(huán),，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(jīng)過3/2坐標變換和旋轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)環(huán)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(wěn)定,，應根據(jù)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(shù)為1.0的控制方法
所謂高功率因數(shù)控制,，就是將功率因數(shù)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(shù)進行獨立控制,，而不受馬達負荷及運轉(zhuǎn)速度的影響,，如圖2所示。
功率因數(shù)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(diào)制正弦參考波落后電網(wǎng)電壓vs一個角度，整流器網(wǎng)側(cè)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(tài)，而且功率因數(shù)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(wǎng)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(xiàn)功率因數(shù)控制到1.0的目的,。
那么改變vc到什么程度才能實現(xiàn)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(jù)圖4可以知道，要把整流器的功率因數(shù)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(tǒng)調(diào)節(jié)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(shù)控制到了1.0,。
當電動機減速制動時,，從逆變器返回再生能量使直流電壓升高，此時整流器處于再生逆變狀態(tài),，把再生能量回饋到電網(wǎng),，保持直流電壓穩(wěn)定。
我們希望整流器不論是工作在整流狀態(tài)還是逆變狀態(tài)其功率因素都等于1.0，因此整流器工作在逆變狀態(tài)時,，只要做到is與vs的相位是反相的,，功率因數(shù)同樣可控制在1.0，這時能量是往電網(wǎng)方向流動的,。如圖5和圖6所示,。
3 ct異常對整流器的影響
整流器中電流檢測元件采用的是nnc系列有源電流互感器（簡稱ct），整流器中使用ct情況如圖7所示,。
ct的好壞直接影響到整流器實際電流的檢測,，也直接關系整流器控制的好壞。ct的異常一般表現(xiàn)為兩種情況,，一種是ct損壞檢測不到電流（即電流檢測為0）,，另一種是ct檢測產(chǎn)生衰減（即電流檢測偏小）,，通常第一種情況發(fā)生的概率較大,。但不管是哪種情況，都會引起整流器工作不正常,。
整流器正常工作時,，r、s,、t三相電流是互相對稱的,，即三相幅值一樣，相位將互差120°,，而且任何時刻要保持三相電流之和為0,，即ir+is+it=0，日立稱之為電流平衡控制,。當系統(tǒng)中某處有漏電產(chǎn)生時,，ir+is+it≠0，起到監(jiān)控報警作用,。
如果ct損壞檢測不到電流（即電流檢測為0,，例如r相電流ir＝0），由于電流給定是一直存在的,，則因為相電流調(diào)節(jié)器的作用,，r相電流會越來越大，直到過流跳電或dc過壓跳電（如果dc電壓先起作用的話）,。
如果由于線路缺相，ct也檢測不到電流（例如r相電流ir＝0）,，則由于平衡控制會使另外兩相電流的相位差變?yōu)?80°,，幅值相等（當然為補償“缺相”的那相電流，另兩相電流將增大），以滿足矢量和為零的控制要求,，如圖8所示,。此時，根據(jù)r,、s,、t相實際電流計算出的有功分量電流iq和無功分量電流id已經(jīng)不是正常直流量，而是含有2倍頻（相電流頻率）成份的交流量,，參見圖8,，整流器無法正常工作。
如果ct檢測有衰減,，則由于相電流調(diào)節(jié)器的作用,，r相實際電流會偏大，但此時整流器里的控制和顯示的r相電流值還是與給定值一致的,，整流器控制系統(tǒng)本身并不能判斷出該ct有問題,。例如在ct正常時，整流器r相實際電流為1000a時,，ct檢測輸出10v,，而當ct有衰減時，同樣1000a的電流ct輸出只有9.5v,，由于電流調(diào)節(jié)器的作用,，最終結(jié)果要把電流調(diào)節(jié)到“10v”，對應的實際電流為10v/9.5v×1000a=1053a,。但ct和控制系統(tǒng)仍然認為整流器r相實際電流為1000a,。
小電流測量的ct有異常時，可以通過測試來判斷,。但對于大電流ct（例如5000a）,，由于沒有專用的設備，現(xiàn)場一般很難判斷其好壞,，這方面問題有待于我們研究和解決,。
4 結(jié)束語
igbt高功率因數(shù)整流器在現(xiàn)場已經(jīng)得到了廣泛應用，效果良好,，系統(tǒng)運行穩(wěn)定,，操作維護方便。由于igbt高功率因數(shù)整流器的應用,，保證了電網(wǎng)側(cè)輸入功率因數(shù)接近于1.0,，有效降低了諧波對電網(wǎng)的影響。