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1、PWM整流電路的原理分析摘要:無論是不控整流電路，還是相控整流電路，功率因數(shù)低都是難以克服的缺點.PWM整流電路是采用PWM控制方式和全控型器件組成的整流電路，本文以《電力電子技術(shù)》教材為基礎(chǔ)，詳細(xì)分析了單相電壓型橋式PWM整流電路的工作原理和四種工作模式。通過對PWM整流電路進行控制，選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｊ胶凸ぷ鲿r間間隔，交流側(cè)的電流可以按規(guī)定目標(biāo)變化，使得能量在交流側(cè)和直流側(cè)實現(xiàn)雙向流動，且交流側(cè)電流非常接近正弦波，和交流側(cè)電壓同相位，可使變流裝置獲得較高的功率因數(shù)。1概述傳統(tǒng)的整流電路中，晶閘管相控整流電路的
2、輸人電流滯后于電壓，其滯后角隨著觸發(fā)角的增大而增大，位移因數(shù)也隨之降低。同時輸人中諧波分量也相當(dāng)大，因此功率因數(shù)很低。而二極管不控整流電路雖然位移因數(shù)接近于1，但輸人電流中諧波分量很大，功率因數(shù)也較低。PWM整流電路是采用PWM控制方式和全控型器件組成的整流電路，它能在不同程度上解決傳統(tǒng)整流電路存在的問題。把逆變電路中的SPWM控制技術(shù)用于整流電路，就形成了PWM整流電路。通過對PWM整流電路進行控制，使其輸人電流非常接近正弦波，且和輸人電壓同相位，則功率因數(shù)近似為1。因此，PWM整流電路也稱單位功率因數(shù)變流器
3、。參考文獻［1］在第6章“PWM控制技術(shù)”中增添了“PWM整流電路及其控制方法”這一部分內(nèi)容。但在PWM整流電路的工作原理中介紹篇幅較少，只是針對PWM整流電路的運行方式相量圖進行分析，沒有分析其工作過程。對PWM整流電路不熟悉的教師在了解這部分內(nèi)容時普遍感覺吃力。1單相電壓型橋式PWM整流電路電壓型單相橋式PWM整流電路最早用于交流機車傳動系統(tǒng)，為間接式變頻電源提供直流中間環(huán)節(jié)，其電路如圖I所示。每個橋臂由一個全控器件和反并聯(lián)的整流二極管組成。L為交流側(cè)附加的電抗器，在PWM整流電路中是一個重要的元件，起平衡
4、電壓、支撐無功功率和儲存能量的作用。為簡化分析，可以忽略L的電阻。圖1電壓型單相橋式PWM整流電路除必須具有輸人電感外，PWM整流器的電路結(jié)構(gòu)和PWM4逆變電路是相同的。按照正弦信號波和三角波相比較的方法對圖1中的V1～V4,從進行SPWM控制，就可以在橋的交流輸人端ab產(chǎn)生一個SPWM波uab。在uab中含有和正弦信號波同頻率且幅值成比例的基波分量，以及和三角波載波有關(guān)的頻率很高的諧波，但不含有低次諧波。uab與電網(wǎng)的正弦電壓us共同作用于輸人電感L上，產(chǎn)生正弦輸人電流is。當(dāng)us一定時，is幅值和相位僅由u
5、ab中基波幅值及其與us的相位差決定。通過控制整流器交流側(cè)的電壓uab的幅值和相位，就可獲得所需大小和相位的輸人電流is,2單相電壓型橋式PWM整流電路電壓方程L在電路中承擔(dān)了平衡電壓的作用，其兩端電壓uL=Ldi,/dt，可得UL=jωLIS=uS-ueb3單相電壓型橋式PWM整流電路其矢量關(guān)系圖(a)整流運行(b)逆變運行圖2PWM整流電路運行方式向量圖圖中δ=arctanωLIS/US，US和IS分別是電網(wǎng)電壓和電流的有效值。圖2(a)中iS與uS同相，電路為整流運行，功率因數(shù)為I;圖2(b)中iS與uS
6、反相，電路為逆變運行。這說明PWM整流電路可以實現(xiàn)能量正反兩個方向的流動。4單相電壓型橋式PWM整流電路運行模式不考慮換相過程，在任一時刻，電壓型單相橋式PWM整流電路的四個橋臂應(yīng)有兩個橋臂導(dǎo)通。為避免輸出短路，1、2橋臂不允許同時導(dǎo)通，同樣3、4橋臂也不允許同時導(dǎo)通。PWM整流電路有四種工作模式，根據(jù)交流側(cè)電流iS的方向，每種工作模式有兩種工作狀態(tài)。⑴輸人電壓uS位于正半周時，各工作模式①運行方式1：1,4號橋臂導(dǎo)通，LdiS/dt=US–Uab電流為正時，VD1和VD4導(dǎo)通，交流電源輸出能量，直流側(cè)吸收能量
7、，電路處于整流狀態(tài)；電流為負(fù)時，V1和V4導(dǎo)通，交流電源吸收能量，直流側(cè)釋放能量，處于能量反饋狀態(tài)。②運行方式2：2、3號橋臂導(dǎo)通，LdiS/dt=US–Uab4電流為正時，V2和V3導(dǎo)通，交流電源和直流側(cè)都輸出能量,L儲能；電流為負(fù)時，VD2和VD3導(dǎo)通，交流電源和直流側(cè)都吸收能量,L釋放能量。③運行方式3：1、3號橋臂導(dǎo)通，LdiS/dt=US直流側(cè)與交流側(cè)無能量交換，電源被短接，電流為正時，VD1和V3導(dǎo)通，L儲能；電流為負(fù)時，V1和VD3導(dǎo)通，L釋放能量。④運行方式運行方式4：2、4號橋臂導(dǎo)通，LdiS
8、/dt=US直流側(cè)與交流側(cè)無能量交換，電源被短接，電流為正時，V2和VD4導(dǎo)通，L儲能；電流為負(fù)時，VD2和V4導(dǎo)通，L釋放能量。⑵輸人電壓uS位于負(fù)半周時，各工作模式①運行方式1：1,4號橋臂導(dǎo)通，LdiS/dt=US–Uab電流為正時，VD1和VD4導(dǎo)通，交流電源和直流側(cè)都吸收能量,L釋放能量；交流電源和直流側(cè)都輸出能量,L儲能。②運行方式2：2、3號橋臂導(dǎo)通，LdiS/dt=US
