PLECS 应用示例(62):单相有源滤波器(Single-Phase Active Filter)

时间: 2024-03-04 03:38:26 |   作者: 产品展示

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  这个例子展示了一个单相二极管整流器,带有并联有源滤波器电路和磁滞电流控制器。一个220 V、50 Hz的住宅公用事业为一个20Ω 直流负载通过全波二极管整流器,产生谐波含量丰富的源电流。有源滤波器电路能注入无功电流和谐波电流,使得整流器电路的谐波含量不会传播到公用事业电源。

  一个直流负载和二极管整流器连接到一个220Vrms的干线,代表一个普通的家用负载。由于二极管的无源整流具有高度非线性的性质,二极管从具有双线频率的电源中抽取斩波半波电流,因此与负载相关的电能质量将很差。这些从本地配电网引出的失真电流通常是不受欢迎的,并且可能不符合某些标准,例如IEEE-519。

  有几种策略能够大大减少这种整流器拓扑结构产生的谐波,包括无源滤波器网络。并联有源滤波器由于其可控性而具有动态补偿的额外优点。该电路将两电平电压源逆变器(VSI)并联到负载,可以向网络注入受控电流。感测负载电流,然后通过分流支路将该电流的相等和相反的谐波含量加回到负载。

  VSI需要足够的直流电压来产生所需的电流。在这种情况下,使用400V的硬DC电压,尽管在实践中电容器是合适的,因为VSI输出是纯电抗的。对于稳态运行的理想转换器,在一个线路周期内与网络交换零净功率。

  为了生成VSI的参考电流,必须计算反馈电流信号。这是通过从总负载电流中减去基本负载电流来实现的,然后总负载电流会提供我们想拒绝的不需要的谐波含量。必须合成基本负载电流,因为我们大家都希望它与公用事业同相.

  傅里叶变换能应用于负载电流,以测量基本分量iload,basic的大小。SOGI配置(二阶广义积分器)中PLECS组件库的锁相环(PLL)连接到电源,并生成与电压源同相的负载电流的所需角度θ。利用这两个量,VSI的电流注入参考信号为:

  然后将该参考电流馈送到用于VSI的控制器。一旦VSI产生所需的注入电流,市电仅有效地提供负载电流的基本分量,有源滤波器电路提供所需的谐波和无功分量。

  使用误差带为±0.1 A的继电器块采用简单的磁滞控制方案。VSI从注入系统的实际电流中减去注入参考电流。所产生的调制信号控制VSI中的四个MOSFET。

  使用提供的模型运行模拟。默认情况下,手动开关(S1)断开,有源滤波器电路与系统断开。您将注意到高度非线性、谐波丰富的输入电流波形。其总谐波失线%。接下来,双击开关S1,将其闭合,然后重新运行模拟。初始周期后,控制器被启用,输入电流变得更正弦,THD为~1%,如图2所示。注意,由于有源滤波器注入的额外谐波电流,负载电压增加。若需要,能够最终靠附加的电压降压电路或更复杂的控制方案来减少这种情况。

  打开功率范围,VSI在一个线路周期内注入的平均电流接近零,验证了一个简单的电容器可以用作VSI的直流电压源的假设,并通过适当的控制来调节直流电压。

  该模型实现了单相有源滤波器,以减少与二极管整流器电路相关的谐波电流失真。该模型主要由基本的PLECS库组件组成,有很简单的控制结构,该演示强调了如何快速开发和评估单相有源滤波器的概念验证模型。

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