PWM整流工作原理

6-7电力电子技术1．单相PWM整流电路图6-28单相PWM整流电路6.4.1PWM整流电路的工作原理PWM整流电路也可分为电压型和电流型两大类，目前电压型的较多。半桥电路直流侧电容必须由两个电容串联，其中点和交流电源连接。单相半桥电路交流侧电感Ls包括外接电抗器的电感和交流电源内部电感，是电路正常工作所必须的。全桥电路直流侧电容只要一个就可以。单相全桥电路6-8电力电子技术(1)单相全桥PWM整流电路的工作原理正弦信号波和三角波相比较的方法对图6-28b中的V1~V4进行SPWM控制，就可以在桥的交流输入端AB产生一个SPWM波uAB。uAB中含有和正弦信号波同频率且幅值成比例的基波分量，以及和三角波载波有关的频率很高的谐波，不含有低次谐波。由于Ls的滤波作用，谐波电压只使is产生很小的脉动。当正弦信号波频率和电源频率相同时，is也为与电源频率相同的正弦波。us一定时，is幅值和相位仅由uAB中基波uABf的幅值及其与us的相位差决定。改变uABf的幅值和相位，可使is和us同相或反相，is比us超前90°，或使is与us相位差为所需角度。6.4.1PWM整流电路的工作原理6-9电力电子技术图6-29PWM整流电路的运行方式向量图a)整流运行b)逆变运行c)无功补偿运行d)超前角为·Us·UL·UR·UAB·Is·Us·UR·UAB·Is·UL·Us·UR·UAB·Is·UL·Us·UR·UAB·Is·ULIs6.4.1PWM整流电路的工作原理6-10电力电子技术b)逆变运行·Us·UR·UAB·Is·ULa)整流运行·Us·UL·UR·UAB·Isa：滞后相角，和同相，整流状态，功率因数为1。PWM整流电路最基本的工作状态。UABsUIssUb：超前相角，和反相，逆变状态，说明PWM整流电路可实现能量正反两个方向的流动，这一特点对于需再生制动的交流电动机调速系统很重要UABsUIssU6.4.1PWM整流电路的工作原理6-11电力电子技术c)无功补偿运行·Us·UR·UAB·Is·ULd)超前角为·Us·UR·UABIs·ULc：滞后相角，超前90°，电路向交流电源送出无功功率，这时称为静止无功功率发生器（StaticVarGenerator—SVG）。UABsUIssUd：通过对幅值和相位的控制，可以使比超前或滞后任一角度。UABsUIs6.4.1PWM整流电路的工作原理6-12电力电子技术(2)对单相全桥PWM整流电路工作原理的进一步说明整流状态下:us0时，（V2、VD4、VD1、Ls）和（V3、VD1、VD4、Ls）分别组成两个升压斩波电路，以（V2、VD4、VD1、Ls）为例。V2通时，us通过V2、VD4向Ls储能。V2关断时，Ls中的储能通过VD1、VD4向C充电。us0时，（V1、VD3、VD2、Ls）和（V4、VD2、VD3、Ls）分别组成两个升压斩波电路。6.4.1PWM整流电路的工作原理6-13电力电子技术2．三相PWM整流电路三相桥式PWM整流电路，是最基本的PWM整流电路之一，应用最广。工作原理和前述的单相全桥电路相似，只是从单相扩展到三相。进行SPWM控制，在交流输入端A、B和C可得SPWM电压，按图6-29a的相量图控制，可使ia、ib、ic为正弦波且和电压同相且功率因数近似为1。和单相相同，该电路也可工作在逆变运行状态及图c或d的状态。图6-30三相桥式PWM整流电路负载6.4.1PWM整流电路的工作原理6-14电力电子技术图6-31间接电流控制系统结构1)间接电流控制间接电流控制也称为相位和幅值控制。按图6-29a（逆变时为图6-29b）的相量关系来控制整流桥交流输入端电压，使得输入电流和电压同相位，从而得到功率因数为1的控制效果。图6-31，间接电流控制的系统结构图图中的PWM整流电路为图6-30的三相桥式电路控制系统的闭环是整流器直流侧电压控制环。有多种控制方法，根据有没有引入电流反馈可分为两种间接电流控制、直接电流控制。6.4.1PWM整流电路的工作原理6-15电力电子技术控制原理和实际的直流电压ud比较后送入PI调节器，PI调节器的输出为一直流电流信号id，id的大小和整流器交流输入电流幅值成正比。稳态时，ud=，PI调节器输入为零，PI调节器的输出id和负载电流大小对应，也和交流输入电流幅值相对应。*du负载电流减小时，调节过程和上述过程相反。负载电流增大时，C放电而使ud下降，PI的输入端出现正偏差，使其输出id增大，进而使交流输入电流增大，也使ud回升。达到新的稳态时，ud和相等，PI调节器输入仍恢复到零，而id则稳定为新的较大的值，与较大的负载电流和较大的交流输入电流对应。*du*du6.4.1PWM整流电路的工作原理6-16电力电子技术从整流运行向逆变运行转换从整流运行向逆变运行转换首先负载电流反向而向首先负载电流反向而向CC充电，充电，uudd抬高，抬高，PIPI调节调节器出现负偏差，器出现负偏差，iidd减小后变为负值，使交流输入减小后变为负值，使交流输入电流相位和电压相位反相，实现逆变运行。电流相位和电压相位反相，实现逆变运行。稳态时，稳态时，uudd和和仍然相等，仍然相等，PIPI调节器输入恢复到调节器输入恢复到零，零，iidd为负值，并与逆变电流的大小对应。为负值，并与逆变电流的大小对应。*du6.4.1PWM整流电路的工作原理6-17电力电子技术控制系统中其余部分的工作原理控制系统中其余部分的工作原理图中上面的乘法器是图中上面的乘法器是iidd分别乘以和分别乘以和aa、、bb、、cc三相相电压同三相相电压同相位的正弦信号，再乘以电阻相位的正弦信号，再乘以电阻RR，，得到各相电流在得到各相电流在RRss上上的压降的压降uuRaRa、、uuRbRb和和uuRcRc。。图中下面的乘法器是图中下面的乘法器是iidd分别乘以比分别乘以比aa、、bb、、cc三相相电压相三相相电压相位超前位超前ππ/2/2的余弦信号，再乘以电感的余弦信号，再乘以电感LL的感抗，得到各相的感抗，得到各相电流在电感电流在电感LLss上的压降上的压降uuLaLa、、uuLbLb和和uuLcLc。。各各相电源相电压相电源相电压uuaa、、uubb、、uucc分别减去前面求得的输入电分别减去前面求得的输入电流在电阻流在电阻RR和电感和电感LL上的压降，就可得到所需要的交流输上的压降，就可得到所需要的交流输入端各相的相电压入端各相的相电压uuAA、、uuBB和和uuCC的信号，用该信号对三角的信号，用该信号对三角波载波进行调制，得到波载波进行调制，得到PWMPWM开关信号去控制整流桥，就开关信号去控制整流桥，就可以得到需要的控制效果。可以得到需要的控制效果。6.4.1PWM整流电路的工作原理6-18电力电子技术存在的问题在信号运算过程中用到电路参数Ls和Rs，当Ls和Rs的运算值和实际值有误差时，会影响到控制效果。是基于系统的静态模型设计的，其动态特性较差。间接电流控制的系统应用较少。6.4.1PWM整流电路的工作原理