pwm整流技術(shù)綜述

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1、摘要：PWM整流器以其優(yōu)越的性能和潛在的優(yōu)勢得到了廣泛地應(yīng)用。本文介紹了各種PWM方法及在PWM整流器中的實現(xiàn)和應(yīng)用，并就目前PWM整流技術(shù)在主電路結(jié)構(gòu)及其控制策略方面的研究現(xiàn)狀進行了綜述。關(guān)鍵詞：PWM；整流器；電壓源型；電流源型0引言PWM技術(shù)從最初追求電壓波形正弦，到電流波形正弦，再到磁通的正弦，取得了突飛猛進的發(fā)展。而PWM整流器具有輸入電流正弦，諧波含量低，功率因數(shù)高及雙向能量流動，體積小及重量輕等特點，在功率因數(shù)補償，電能回饋，有源濾波等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。按是否具有能量回饋功能，PWM整流器可分為無能量回饋整流器和有能量回饋整流器；按主電路拓撲結(jié)構(gòu)和外特性分，PWM整流器

2、可分為電壓源型和電流源型高頻整流器。近年來，為了提高PWM整流器性能，在控制策略上有不少現(xiàn)代控制方法和技術(shù)在整流器中的應(yīng)用研究，如基于Lya—Punov穩(wěn)定理論的控制策略；基于現(xiàn)代控制理論的模糊控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制策略和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的控制策略等。本文從整流器的主電路拓撲結(jié)構(gòu)和控制策略著手,對該項技術(shù)進行了綜述。1PWM整流器主電路拓撲結(jié)構(gòu)和工作原理PWM整流器按其主電路拓撲結(jié)構(gòu)分為單開關(guān)與多開關(guān)型；根據(jù)輸入電源相數(shù)分為單相和三相PWM整流電路；按電路結(jié)構(gòu)和特性分為電壓源型和電流源型。由于單相PWM整流器功率小，應(yīng)用少，下面只介紹目前在實際應(yīng)用廣泛的三相PWM整流器。1.1無能量回饋功

3、能的整流器無能量回饋型單管三相PWM整流電路如圖1所示，(a)為boost型，(b)為buck型，其最大的優(yōu)點是簡單、經(jīng)濟。由于僅有一個可控元件，要使三相電流均為正弦波且與電壓同相位是十分困難的，一般這種電路只工作在DCM方式(不連續(xù)電流模式)，這時每相電流峰值和每相電壓成正比，每相電流峰值為正弦，由于電流不連續(xù)，自然形成零電流開通。開關(guān)管在關(guān)斷時，要關(guān)斷三相電流，所以關(guān)斷損耗大，并且隨著輸出功率增大，輸入電流的峰值迅速增加，電流應(yīng)力問題更加突出。為了解決這一問題，我們可用同一個脈沖驅(qū)動三個下管，這時可將電流應(yīng)力減少30％左右。1．2有能量回饋功能的整流器1．2．1電壓源型三相橋式PWM整流

4、器圖2是三相電壓型PWM整流器主電路，它具有很快地響應(yīng)和更好的輸入電流波形，穩(wěn)態(tài)工作時，輸出直流電壓不變，開關(guān)管按正弦規(guī)律脈寬調(diào)制，整流器交流測的輸出電壓和逆變器相同，忽略整流器輸出交流電壓的諧波，變換器可以看作是可控正弦三相電壓源，它和正弦的電網(wǎng)電壓共同作用于輸入電感，產(chǎn)生正弦電流波形，適當(dāng)控制整流器輸出電壓的幅值和相位，就可以獲得所需大小和相位的輸入電流。1．2．2電流源型三相PWM整流器與圖2相對偶的是圖3所示的電流源型三相PWM整流器，其輸出呈直流電流源特性，利用正弦調(diào)制方法控制直流電流Ii在各開關(guān)器件的分配，使交流電流波形接近正弦波，且和電源電壓同相位，交流側(cè)電容的作用是濾除與開關(guān)

5、頻率有關(guān)的高次諧波。電流源型整流器的優(yōu)點是：①由于輸出電感的存在，它沒有橋臂直通過流及輸出短路問題；②開關(guān)器件直接對直流電流作脈寬調(diào)制，所以其輸入電流控制簡單，控制速度快。缺點是：①整流器輸出電感的體積、重量和損耗大；②常用的全控器件都是雙向?qū)ǖ?，主電路?gòu)成不方便且通態(tài)損耗大。1．2．3其它類型PWM整流器除上述的電壓源型和電流源型PWM整流器外，從基本電路結(jié)構(gòu)上還派生出了一些其它的電路形式，如三相四線型的PWM整流器，它能為后端的三相UPS提供中點而無需變壓器；再如低成本四開關(guān)三相整流電路，它比常規(guī)三相整流器少用一個橋臂。另外一種很有應(yīng)前景的整流器如圖4所示的三電平PWM整流器，應(yīng)用開關(guān)

6、頻率較低的GTO時，這種電路較合適，開關(guān)頻率在300～600Hz時就能滿足對輸入電流諧波的要求，這種電路的另一優(yōu)點是每個主開關(guān)器件關(guān)斷時所承受的電壓僅為直流側(cè)電壓的一半，因此，該電路特別適合于高電壓大容量的應(yīng)用場合。2PWM整流器的控制方式PWM控制技術(shù)主要有電壓控制PWM、電流控制PWM、空問電壓矢量控制、諧振開關(guān)控制PWM等多種。為了提高PWM整流器的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，比較成功地應(yīng)用于PWM整流器的控制方案主要有以下幾種控制策略。2．1間接電流控制問接電流控制即幅相控制，它以控制變流器前端輸入點電壓的幅值和相位來達到控制輸入電流相位的目的，常用的間接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，其中P

7、WM整流器主電路為圖2所示電路，系統(tǒng)以直流側(cè)電壓作閉環(huán)控制，電壓環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器輸出信號作電流指令，id，id的大小和整流器流人電流的幅值成正比。穩(wěn)態(tài)時，Udc*=Udc，PI調(diào)節(jié)器輸人為零，而PI調(diào)節(jié)器輸出id和整流器負載電流的大小相對應(yīng)，也和整流器交流輸入電流的幅值相對應(yīng)。當(dāng)負載電流變化，則經(jīng)過調(diào)節(jié)達穩(wěn)態(tài)后PI輸入仍為零，而id與新的負載電流相對應(yīng)。若整流器變?yōu)槟孀冞\行時，則輸入電流與輸入電壓