第二章 不間斷電源整流模塊的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型

作為對(duì)研究對(duì)象的一種理想化抽象，抓住了研究對(duì)象的主要因素，忽略了研究對(duì)象的次要因素，方便對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。本文選取的整流模塊具有網(wǎng)側(cè)電流正弦化、單位功率因數(shù)、直流側(cè)輸出電壓可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)以上功能，必須首先掌握整流模塊的數(shù)學(xué)模型。因此，本文首先推導(dǎo)不間斷電源整流模塊在三相靜止坐標(biāo)系、兩相靜止直角坐標(biāo)系、兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，以便對(duì)整流模塊進(jìn)一步研究分析。

2.1 兩電平電壓源型整流模塊的拓?fù)?/p>

兩電平電壓源型整流模塊的電路拓?fù)淙鐖D 2-1 所示，為表達(dá)方便，如無(wú)特別說(shuō)明，下文所述整流模塊一般指兩電平電壓源型整流模塊。其中ae、be、ce為三相對(duì)稱電網(wǎng)電壓;L為電感，其功能為濾波并為整流模塊和電網(wǎng)的能量交換提供通道;1S至6S為開(kāi)關(guān)管，可以為 IGBT 或者 MOSFET 等全控型電力電子器件;1C、2C為電解電容，起著儲(chǔ)存能量的作用，并且可以為逆變單元提供電壓中性點(diǎn);LR為負(fù)載電阻。 整流模塊同一橋臂的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管(1S和2S、3S和4S、5S和6S)不能同時(shí)導(dǎo)通，一旦同一橋臂的上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于在直流側(cè)電解電容1C和2C兩端并聯(lián)一根電阻很小的導(dǎo)線，造成短路，燒壞裝置。因此，同一時(shí)刻每相橋臂只能有一個(gè)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通。工程中為了防止橋臂直通，通常在軟件中或者硬件中加入死區(qū)。以整流模塊的 A相為例進(jìn)行分析：當(dāng) A 相開(kāi)關(guān)管1S導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)管2S關(guān)斷時(shí)，無(wú)論電流ai是正還是負(fù)，整流模塊 A 相電路均可等效為圖 2-2 所示的電路;當(dāng) A 相開(kāi)關(guān)管1S關(guān)斷，開(kāi)關(guān)管2S導(dǎo)通時(shí)，無(wú)論電流ai是正還是負(fù)，整流模塊 A 相電路均可等效為圖 2-3 所示電路。整流模塊的 B 相和 C 相均可以進(jìn)行同樣的等效。

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2.2 整流模塊在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型

整流模塊在三相靜止坐標(biāo)系系下的數(shù)學(xué)模型是推導(dǎo)整流模塊在兩相靜止直角坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型和兩相旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)，因此本文將先建立整流模塊在三相靜止坐標(biāo)系系下的數(shù)學(xué)模型。整流模塊在兩相靜止直角坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型可以由整流模塊在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型變換而來(lái)。完成從三相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止直角坐標(biāo)系的變換稱作Clark 變換。因此，本文首先介紹 Clark 變換，再介紹整流模塊在兩相靜止直角坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。

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