PWM整流电路的原理及控制
PWM整流电路是采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路,它能在不同程度上解决传 统整流电路存在的问题。把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路,就形成了PWM整流电路。通过对PWM整流电路进行控制,使其输入电流非常接近正弦波,且和输入电压同相位,则功率因数近似为1。因此,PWM整流电路也称单位功率因数变流器。
1.单相PWM整流电路
单相桥式PWM整流电路如图1所示。按照自然采样法对功率开关器件VT1~VT4进行SPWM控制,就可在全桥的交流输入端AB间产生出SPWM波电压《?XML:NAMESPACE PREFIX = V /》 。
中含有和正弦调制波同频、幅值成比例的基波,以及载波频率的高次谐波,但不含低次谐波。由于交流侧输入电感Ls的作用,高次谐波造成的电流脉动被滤除,控制正弦调制波频率使之与电源同频,则输入电流
也可为与电源同频正弦波。
单相桥式PWM整流电路按升压斩波原理工作。当交流电源电压 时,由VT2、VD4、VD1、Ls和VT3、VD1、VD4、Ls分别组成两个升压斩波电路。以VT2、VD4、VD1、Ls构成的电路为例,当VT2导通时,
通过VT2、VD4向Ls储能;当VT2关断时,Ls中的储能通过VD1、VD4向直流侧电容C充电,致使直流电压
高于
的峰值。当
时,则由VT1、VD3、VD2、Ls和VT4、VD2、VD3、Ls分别组成两个升压斩波电路,工作原理与
时类似。由于电压型PWM整流电路是升压型整流电路,其输出直流电压应从交流电压峰值向上调节,向低调节会恶化输入特性,甚至不能工作。
输入电流 相对电源电压
的相位是通过对整流电路交流输入电压
的控制来实现调节。图5-47给出交流输入回路基波等效电路及各种运行状态下的相量图。图中
分别为交流电源电压
、电感
上电压
、电阻
上电压
及输入电流
的基波相量,
为
的相量。
2
图(b)为PWM整流状态,此时控制 滞后
的一个
角,以确保
与
同相位,功率因数为1,能量从交流侧送至直流侧。
图(c)为PWM逆变状态,此时控制 超前
的一个
角,以确保
与
正好反相位,功率因数也为1,但能量从直流侧返回至交流侧。从图(b)、(c)可以看出,PWM整流电路只要控制
的相位,就可方便地实现能量的双向流动,这对需要有再生制动功能、欲实现四象限运行的交流调速系统是一种必须的变流电路方案。
图(d)为无功补偿状态,此时控制 滞后
一个
角,以确保
超前
90º,整流电路向交流电源送出无功功率。这种运行状态的电路被称为无功功率发生器SVG(StaTIc Var Generator),用于电力系统无功补偿。
图(e)表示了通过控制 的相位和幅值,可实现
与
间的任意相位
关系。
2.三相PWM整流电路
三相桥式PWM整流电路结构如图3所示,其工作原理同单相电路,仅是从单相扩展到三相。只要对电路进行三相SPWM控制,就可在整流电路交流输入端A、B、C得到三相SPWM输出电压。对各相电压按图3(b)相量图控制,就可获得接近单位功率因数的三相正弦电流输入。电路也可工作在逆变状态或图5-47(d)、(e)的运行状态。
PWM整流电路的控制
为使PWM整流电路获得输入电流正弦且和输入电压同相位的控制效果,根据有无电流反馈可将控制方式分两种:间接电流控制和直接电流控制。间接电流控制没有引入电流反馈,其动态特性差,较少应用。直接电流反馈则通过运算求出交流输入电流参考值,再采用交流电流反馈来直接控制输入电流,使其跟踪参考值,获得期望的输入特性。
图给出了一种最常用的电流滞环比较直接电流控制系统结构框图。这是一个双闭环控制系统,外环为直流电压控制环,内环为交流电流控制环。直流电压给定《?XML:NAMESPACE PREFIX = V /》 和实际直流电压
相比较,差值信号送PI调节器作比例—积分运算,以确保
实现动态调节快、静态无差,其输出作为直流电流参考值
。
分别乘以与三相电源电压
同相位的正弦信号
后,得到三相交流电流的正弦参考值
,它们分别和各自的电源电压同相位,而幅值则和反映负载电流大小的直流电流参考值
成正比,这正是整流器作单位功率因数运行时所需的交流电流参考值。
和反馈的实际三相输入电流
相比较后,通过对各相功率开关的滞环控制,使实际交流输入电流跟踪参考值,实现输入电流的直接反馈控制。
这种采用滞环电流比较的直接电流控制系统结构简单,电流响应快,控制运算与电路参数无关,鲁棒性好,因而应用较多。
- 电动机全波能耗制动控制电路(10-02)
- 多功能逆变电浅谈电力电子技术中的整流电路(10-13)
- 介绍整流电路的类型以及相关原理(05-18)
- 三相桥式全控整流电路原理及电路图,三相桥式全控整流电路原理及电路图(04-02)
- 电容在整流电路中有什么作用?半波整流电路是什么?单相半波可控整流电路的工作原理(04-02)
- 晶闸管整流电路的功率因数是怎么定义的 与哪些因数有关?六个二极管的整流电路画法(04-02)