基于不同选相控制模式下的多相电机的选相控制整流技术研究

贺乾阳

（长沙理工大学，长沙 410076）

引言

在多相电机进行整流时，自动导通的现象往往会发生于电压矢量差值最大的两相。因此，当利用半控或全控器件替代二极管换元器件时实施控制，可促使非电压矢量差最大的两相自然导通，最终可以自主选择输出控制多种电压等级。图1为六相移60°电机的电压波形，电压波形形状相互之间对称，相互间存在相移60°，且各相的交点构成了6部分不同区域。当区域Ⅰ和区域Ⅱ、区域Ⅲ、区域Ⅳ、区域Ⅴ，以及区域Ⅵ相互随机组合，即可实现五种不同电压等级的控制输出。不过，区域Ⅰ和Ⅱ所组成的区域控制输出的电压过小，研究意义较小。

1 选相控制模式

1.1 选相控制模式一

当区域Ⅰ和区域Ⅵ交互点处各相进行换相导通时，直流侧和绕组侧的相电压幅值比为2。输入的转速不同，机端电压也随之不同，在输入转速较小的情形下，机端相电压也较小。在选相控制时选取电压空间矢量最大的两相导通，此时的控制模式为选相控制模式一。

1.2 选相控制模式二

区域Ⅰ和区域Ⅴ的交互点处各相出现换相导通时，直流侧和绕组侧的相电压幅值比为1.76。控制改变机端电压的大小，当机端相电压比选相控制模式一还高时，则导通模式选取选相控制模式二，此种控制模式下，上桥臂二极管和下桥臂的晶闸管将会导通，上桥臂二极管会出现导通T/6现象，而下桥臂晶闸管则可以周期性地两次导通。

1.3 选相控制模式三

选相控制模式三主要由区域Ⅰ和区域Ⅵ两个区域中交互点处实现换相导通，直流与绕组两侧的相电压幅值比为0.53。机端输出的相电压比选相控制模式二的相电压还高时，则可以选取选相控制模式三作为导通模式，同其他控制模式一样，上桥臂二极管和下桥臂的晶闸管将会导通。

1.4 选相控制模式四

选相控制模式四则由区域Ⅰ和区域Ⅲ两个区域中的交互点处换相导通，直流与绕组两侧的相电压幅值比为0.93。在机端所控制输出的相电压是四种模式中最高的情况下，导通模式可以选取选相控制模式四。同其他控制模式一样，上桥臂二极管和下桥臂的晶闸管将会导通。当导通T/12时，利用此种选相控制模式进行整流后，所获得的直流侧和交流侧的电压幅值不同，它们之间的比值为0.9，在首次导通的T/12内。

2 不同选相控制模式的仿真建模结果分析

利用MATLAB软件对选相控制模型展开仿真建模分析，参数值设置如表1所示。

表1 选相控制仿真建模参数值设置

如果同步发电机的转速保持不变，把ω=157 r/min(50 Hz)数值输进构建的选相控制模型中。在不考虑PID的励磁控制下进行选相控制，对各相交点进行分析，当t=0 s,t=5 s,t=10 s,t=15 s时，分别切换上述四种不同控制模式，转速恒定时仿真建模输出的结果如图2所示。由图2可知，如果控制机端电压输出不变，仅对整流拓扑中下桥臂晶闸管实施选相控制，即可控制输出直流侧不同电压等级。

3 结论

选取4种不同选相控制模式对多相机的选相控制整流技术进行研究。利用Simulink对所提出的选相控制模型进行仿真建模研究发现，如果发电机机端电压能够保持恒定，可以通过整流技术，利用拓扑结构下桥臂晶闸管实施选相控制，实现直流侧多种不同的电压等级输出。