单相电压型PWM整流电路原理分析与仿真(一)

2014-01-03 10:07:49来源: 互联网

引言
    众所周知,在传统的整流电路中,晶闸管可控整流装置的功率因数会随着其触发角的增加而变坏,这不但使得电力电子类装置成为电网中的主要谐波因素,也增加了电网中无功功率的消耗。
    PWM整流电路是采用脉宽调制技术和全控型器件组成的整流电路,能有效地解决传统整流电路存在的问题。通过对PWM整流电路进行有效的控制,选择合适的工作模式和工作时序,从而调节了交流侧电流的大小和相位,使之接近正弦波并与电网电压同相或反相,不但有效地控制了电力电子装置的谐波问题,同时也使得变流装置获得良好的功率因数。


1 单相电压型桥式PWM整流电路的结构
    单相电压型桥式PWM整流电路最初出现在交流机车传动系统中,为间接式变频电源提供直流中间环节,电路结构如图1所示。每个桥臂由一个全控器件和反并联的整流二极管组成。L为交流侧附加的电抗器,起平衡电压,支撑无功功率和储存能量的作用。图1中uN(t)是正弦波电网电压;Ud是整流器的直流侧输出电压;us(t)是交流侧输入电压,为PWM控制方式下的脉冲波,其基波与电网电压同频率,幅值和相位可控;iN(t)是PWM整流器从电网吸收的电流。由图1所示,能量可以通过构成桥式整流的整流二极管VD1~VD4完成从交流侧向直流侧的传递,也可以经全控器件VT1~VT4从直流侧逆变为交流,反馈给电网。所以PWM整流器的能量变换是可逆的,而能量的传递趋势是整流还是逆变,主要视VT1~VT4的脉宽调制方式而定。

 因为PWM整流器从交流电网吸取跟电网电压同相位的正弦电流,其输入端的功率是电网频率脉动的两倍。
    由于理想状况下输出电压恒定,所以此时的输出电流id与输入功率一样也是网频脉动的两倍,于是设置串联型谐振滤波器L2C2,让其谐振输出电流基波频率的2倍,从而短路掉交流侧的2倍频谐波。

2 单相电压型桥式整流电路的工作原理#e#
2 单相电压型桥式整流电路的工作原理
    图2是单相PWM电压型整流电路的运行方式相量图,us1(t)设为交流侧电压Us(t)的基波分量,iN1(t)为电流iN(t)的基波分量,忽略电网电阻的条件下,对于基波分量,有下面的相量方程成立,即:

可以看出,如果采用合适的PWM方式,使产生的调制电压与网压同频率,并且调节调制电压,以使得流出电网电流的基波分量与网压相位一致或正好相反,从而使得PWM整流器工作在如图2所示的整流或逆变的不同工况,来完成能量的双向流动。

假设整流时有:

设Ucm为三角载波幅值;us(t)为单极性SPWM波,采用状态空间平均模型分析,us在一个开关周期内的平均值表示为:

时能否使得交流侧获得高功率因数,此时有:

从相量图及式(8)可以看出为保持单位功率因数,通过脉宽调制的适当控制,在不同的负载电流下,使向量端点轨迹沿直线AB运动。同理也能得到逆变工况下的运行条件,这里不再赘述。

关键字:单相  电压型  PWM整流  电路原理

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2014/0103/article_22691.html
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