文献翻译 - 图文

重 庆 理 工 大 学

文 献 翻 译

二级学院 电子信息与自动化 班 级 107070401 学生姓名 郑劲松 学 号 10707040140

单位功率因数Buck式脉宽调制整流器在中/大功率直流电机驱

动中的应用

摘要：本文介绍了单级的单位功率因数buck式脉宽调制(PWM)整流器在中-大功率恒直流电机驱动中的应用。该方法的优点是在交流供电电流中谐波失真低(即符合IEEE 519标准和IEC 555),单位功率因数接近在一个运行轴转速大范围内,电枢电流和电压波形接近标准。大量整流器的这些输出电压、电流特性可完全消除任何电流变换甚至对古老的电机设计结构中的失败风险,但进一步会产生电机问题，例如加速电机绝缘老化,以及由于流通的轴承电流导致的机械故障。本文将buck式PWM整流器的这种设计标准和操作特征、特性用于单位功率因数直流电机驱动方面进行了讨论。该方法已经测试了25-65kW 100-150A 10-20kHz的直流电机驱动,并被用于钢铁工厂的各种工艺流程中。

关键词：直流电机驱动，电能质量，脉宽调制，整流器 一、引言

最近几年中，研究人员对原有的洁净新电力转换器拓扑结构提出建议和发展指示了人们对电能质量越来越重视。这些转换器运转接近单位功率因数(功率因数), 向供应注入很低的谐波含量，从而工作在相对较高的转换效率状态。

几种有或没有隔离的单位功率因数整流器拓扑结构如buck,boost和buck位oost衍生拓扑结构已经被确定。他们的工作情况被发表在文献[1]-[12]。其中,单位功率因数buck式脉宽调制整流器只是其中最常见的拓扑结构之一，详细研究了近十年来的文献[2]、[4]-[11]。除了文献[11]研究了整流器与直流电机的组合，文献[2]、[4] -[6]、[8]-[10]只做了buck式单位功率因数PWM整流器应用于负极负载的研究。不幸的是,记录这种整流器在实际应用中的使用的刊物相当有限。

许多高频率PWM技术,如修改正弦脉宽调制[2],空间矢量调制[4],三角调制[10] 技术已经被提出，并实施于单级的三相buck式的PWM整流器中。文献[2]中给出了buck式PWM整流器修改正弦脉宽调制技术的工作原理和设计标准。文献[5]中，发布了一种以正弦PWM技术为基础的修改算法，其在稳态时用于一个独立的控制回路以补偿输入电流位移因素和输出电压调节。文献[4]中介绍了使用空间矢量调制技术发展和实施buck式PWM整流器的PWM技术。文献[6]和[8]对单独的buck式PWM整流器进行了研究，在文献[6]中,对这些类型的整流器实现了零电压转换。

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在高功率密度中，Buck式PWM整流器为交流直接转换为直流提供了一个良好的解决方案，以满足电力部门实行的严格的功率因数损耗限制和输入线电流谐波失真限制，这些限制取决于各种谐波，如IEEE 519标准和IEC 555等。一个令人关注的应用可能是这种转换器可以升级工作，按照当前的电能质量规则，在直流电机驱动仍工作在工业中时，它可以被控制。这转换器还能提供优越的输出特性,特别是对旧直流电机设计,可化合为一个简单的、便宜的高频输出过滤器。

本文论述了三相buck式PWM整流器在中/大功率直流电机驱动中的应用的设计和实现。对相应直流电机驱动的重要特征、设计要求和buck式PWM整流器在恒直流电机应用中的运行特点作了详细讨论。由此产生的直流电机驱动在这个领域取得了成功的业绩。在土耳其 Hatay的Iskenderun钢铁厂,这个升级工作已经应用于各种流程。它使得下线最小化,减少了定期检查、维修工作,并将转换效率增加到了平均2000。 二、问题定义

在本文中，三相buck式单位功率PWM整流器已经应用于中功率直流电机驱动调速中，由此产生的新一代一象限(1-Q)和可逆性二象限(2-Q)直流电机驱动已被用于Iskenderun钢铁厂现代化工作范围内的各种进程中,例如烧结工艺及原料装载过程(见附表)。在1998年实现这些现代化工是不可避免的，原因如下: ? 电力当局实行的新处罚规定的功率因数限制(每月高于0.95低于0.98), ? 目前国家要求遵守的谐波规则几乎与IEEE 519标准是一样的。 ? 在钢铁制造行业，为了能够竞争市场需要更有效的使用电力。

乍一看,变频交流电动机驱动采用鼠笼型感应电动机似乎是解决这个问题的一种可行性办法。然而,同等可行性研究表明,与使用变频式交流传动技术相比，保留目前的他励直流电机,并优化他们的转换器和控制系统是最经济的解决方案，原因如下： ? 当前直流电机都保持在良好的状态,许多零部件都有可利用的存货,并且还有有经验人员进行维护和修理。

? 对机械零部件进行重要修正和安装都需要更换当前的鼠笼型直流感应电机,尽管12、8和6极感应电机比较昂贵，但为了匹配速度仍需使用。

? 在涉及驱动恒定负载转矩及严格要求过载承受能力在一个设定的大速度范围内的动态驱动系统中，传统的直流驱动仍然发挥着主导地位。在转盘常常被卡住的烧结带这是非常重要的。

? 使用频率控制的可变驱动器将进一步需要特殊转换类型的交流电机,或为了去除

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电机上高绝缘应力需要昂贵的输出过滤系统，从长远来看这种高绝缘应力能加速电机衰老和绝缘失效。

为了达到项目的目标,目前的直流电动机驱动升级主要是用单位功率因数buck式PWM整流器取代磁场放大器、Ward Leonard系统,其次是老版本的六脉冲线换向桥转换器(图1)。该选择背后的思考是用单位功率因数buck式PWM整流器替换现代版的半导体闸流管线换向交直流转换器。因为大多数运转期间,这些电机运行速度低于额定值的一半，因此，在电枢电压小于250V（直流）,0.4kV的两线间可用50Hz交流供电。这意味着六脉冲半导体闸流管交直流转换器,如果选择,将运行在一个很高的触发角度?,因此将消耗大量的来自供应的无功功率,导致输入功率因数低绝大部分时间小于0.5。

图1 单位功率因数buck式PWM整流器在他励直流电机应用的电路原理图 此外,它将大量的低频超高谐波如五次、七次、十一次电流谐波整合进入供应。部分直流电机驱动在钢铁厂运行操作时，其无功功率功耗变化通常是快速的,这使得使用昂贵的无功功率补偿和过滤成为必要的解决方案,如有功功率滤波器或动态无功功率发电机以负极分流过滤器的形式进行设计。然而,buck式PWM整流器的固有选择使其运行在宽调速范围内时功率因数接近单位值, 供应的频率且不产生任何低次谐波诸如五、七、十一、十三次。由于所选择的调制技术是正弦脉宽调制,该整流器产生的谐波作为转换频率的旁带及扩充。和当前的半导体技术一起, 硬开关的开关频率在10—20kHz这个中等功率范围内可达到100KW。这使得使用高频输入过滤成为必要，它与六脉冲线换向交直流转换器相比，其尺寸相对较小,且有一个固定的配置,因此更可靠,而且更便宜。

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三、系统描述

单位功率因数buck式PWM整流器为他励直流电机的电枢电路提供电力的电路原理图如图1。该框图表示了控制系统，也显示出了速度反馈环。每个电力半导体开关由一个串联有快速恢复二极管的IGBT组成，导致反向电压阻断容量和单向电流流过。高频阻尼LC滤波器连接到整流器的输入侧，过滤掉开关频率线电流中的谐波分量。为了避免由于陡峭的电压波峰加速电机绝缘老化以及由于循环轴承电流引起的机械故障,开关频率谐波被阻尼输出过滤器所过滤出去。在过去的十年里仅对于变频感应电机驱动这个问题都一直被报道 [15]—[17] …… 此处隐藏：2250字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……