單相電壓型PWM整流電路原理分析與仿真(一)
引言
眾所周知,在傳統(tǒng)的整流電路中,晶閘管可控整流裝置的功率因數(shù)會(huì)隨著其觸發(fā)角的增加而變壞,這不但使得電力電子類裝置成為電網(wǎng)中的主要諧波因素,也增加了電網(wǎng)中無(wú)功功率的消耗。
PWM整流電路是采用脈寬調(diào)制技術(shù)和全控型器件組成的整流電路,能有效地解決傳統(tǒng)整流電路存在的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)PWM整流電路進(jìn)行有效的控制,選擇合適的工作模式和工作時(shí)序,從而調(diào)節(jié)了交流側(cè)電流的大小和相位,使之接近正弦波并與電網(wǎng)電壓同相或反相,不但有效地控制了電力電子裝置的諧波問(wèn)題,同時(shí)也使得變流裝置獲得良好的功率因數(shù)。
1 單相電壓型橋式PWM整流電路的結(jié)構(gòu)
單相電壓型橋式PWM整流電路最初出現(xiàn)在交流機(jī)車傳動(dòng)系統(tǒng)中,為間接式變頻電源提供直流中間環(huán)節(jié),電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。每個(gè)橋臂由一個(gè)全控器件和反并聯(lián)的整流二極管組成。L為交流側(cè)附加的電抗器,起平衡電壓,支撐無(wú)功功率和儲(chǔ)存能量的作用。圖1中uN(t)是正弦波電網(wǎng)電壓;Ud是整流器的直流側(cè)輸出電壓;us(t)是交流側(cè)輸入電壓,為PWM控制方式下的脈沖波,其基波與電網(wǎng)電壓同頻率,幅值和相位可控;iN(t)是PWM整流器從電網(wǎng)吸收的電流。由圖1所示,能量可以通過(guò)構(gòu)成橋式整流的整流二極管VD1~VD4完成從交流側(cè)向直流側(cè)的傳遞,也可以經(jīng)全控器件VT1~VT4從直流側(cè)逆變?yōu)榻涣?,反饋給電網(wǎng)。所以PWM整流器的能量變換是可逆的,而能量的傳遞趨勢(shì)是整流還是逆變,主要視VT1~VT4的脈寬調(diào)制方式而定。
因?yàn)镻WM整流器從交流電網(wǎng)吸取跟電網(wǎng)電壓同相位的正弦電流,其輸入端的功率是電網(wǎng)頻率脈動(dòng)的兩倍。
由于理想狀況下輸出電壓恒定,所以此時(shí)的輸出電流id與輸入功率一樣也是網(wǎng)頻脈動(dòng)的兩倍,于是設(shè)置串聯(lián)型諧振濾波器L2C2,讓其諧振輸出電流基波頻率的2倍,從而短路掉交流側(cè)的2倍頻諧波。
2 單相電壓型橋式整流電路的工作原理#e#
2 單相電壓型橋式整流電路的工作原理
圖2是單相PWM電壓型整流電路的運(yùn)行方式相量圖,us1(t)設(shè)為交流側(cè)電壓Us(t)的基波分量,iN1(t)為電流iN(t)的基波分量,忽略電網(wǎng)電阻的條件下,對(duì)于基波分量,有下面的相量方程成立,即:
可以看出,如果采用合適的PWM方式,使產(chǎn)生的調(diào)制電壓與網(wǎng)壓同頻率,并且調(diào)節(jié)調(diào)制電壓,以使得流出電網(wǎng)電流的基波分量與網(wǎng)壓相位一致或正好相反,從而使得PWM整流器工作在如圖2所示的整流或逆變的不同工況,來(lái)完成能量的雙向流動(dòng)。
假設(shè)整流時(shí)有:
設(shè)Ucm為三角載波幅值;us(t)為單極性SPWM波,采用狀態(tài)空間平均模型分析,us在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的平均值表示為:
時(shí)能否使得交流側(cè)獲得高功率因數(shù),此時(shí)有:
從相量圖及式(8)可以看出為保持單位功率因數(shù),通過(guò)脈寬調(diào)制的適當(dāng)控制,在不同的負(fù)載電流下,使向量端點(diǎn)軌跡沿直線AB運(yùn)動(dòng)。同理也能得到逆變工況下的運(yùn)行條件,這里不再贅述。
評(píng)論