高效SiC器件不间断电源整流模块的研究与设计

第二章 不间断电源整流模块的数学模型数学模型

作为对研究对象的一种理想化抽象，抓住了研究对象的主要因素，忽略了研究对象的次要因素，方便对研究对象进行研究与设计。本文选取的整流模块具有网侧电流正弦化、单位功率因数、直流侧输出电压可调的优点。为了实现以上功能，必须首先掌握整流模块的数学模型。因此，本文首先推导不间断电源整流模块在三相静止坐标系、两相静止直角坐标系、两相旋转直角坐标系下的数学模型，以便对整流模块进一步研究分析。

2.1 两电平电压源型整流模块的拓扑

两电平电压源型整流模块的电路拓扑如图 2-1 所示，为表达方便，如无特别说明，下文所述整流模块一般指两电平电压源型整流模块。其中ae、be、ce为三相对称电网电压;L为电感，其功能为滤波并为整流模块和电网的能量交换提供通道;1S至6S为开关管，可以为 IGBT 或者 MOSFET 等全控型电力电子器件;1C、2C为电解电容，起着储存能量的作用，并且可以为逆变单元提供电压中性点;LR为负载电阻。 整流模块同一桥臂的两个开关管(1S和2S、3S和4S、5S和6S)不能同时导通，一旦同一桥臂的上下两个开关管同时导通，相当于在直流侧电解电容1C和2C两端并联一根电阻很小的导线，造成短路，烧坏装置。因此，同一时刻每相桥臂只能有一个开关管导通。工程中为了防止桥臂直通，通常在软件中或者硬件中加入死区。以整流模块的 A相为例进行分析：当 A 相开关管1S导通，开关管2S关断时，无论电流ai是正还是负，整流模块 A 相电路均可等效为图 2-2 所示的电路;当 A 相开关管1S关断，开关管2S导通时，无论电流ai是正还是负，整流模块 A 相电路均可等效为图 2-3 所示电路。整流模块的 B 相和 C 相均可以进行同样的等效。

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2.2 整流模块在三相静止坐标系下的数学模型

整流模块在三相静止坐标系系下的数学模型是推导整流模块在两相静止直角坐标系下的数学模型和两相旋转直角坐标系下的数学模型的基础，因此本文将先建立整流模块在三相静止坐标系系下的数学模型。整流模块在两相静止直角坐标系下的数学模型可以由整流模块在三相静止坐标系下的数学模型变换而来。完成从三相静止坐标系到两相静止直角坐标系的变换称作Clark 变换。因此，本文首先介绍 Clark 变换，再介绍整流模块在两相静止直角坐标系下的数学模型。

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