PWM整流電路和逆變

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1、1PWM整流電路系統(tǒng)模型及工作原理分析系統(tǒng)模型是分析和設(shè)計三相VSR的基礎(chǔ)，從不同的角度出發(fā)可以建立不同形式的系統(tǒng)模型，對應(yīng)的控制方法也往往不同。VSR的拓撲結(jié)構(gòu)常見有：單相VSR、三相VSR、三電平VSR和基于軟開關(guān)調(diào)制的VSR。單相VSR的結(jié)構(gòu)比較簡單，故以單相VSR為例說明電壓型PWM整流器的工作原理。本章主要研究三相VSR的系統(tǒng)模型和工作原理。1.1單相電壓型PWM整流器工作原理..圖1.1給出了PWM整流電路的相量圖，其中UN表示電網(wǎng)電壓，Us表示PWM.整流電路輸入的交流電壓，UL為連接電抗器L的電壓。圖中滯后的相角為?，s..I與U的

2、相位完全相同，電路工作在整流狀態(tài)，且功率因數(shù)為1。這就是PWMss[11]整流電路的基本工作原理。..UISS?..ULUAB.UN圖1.1單相PWM整流電路的向量圖圖1.1中的單相VSR主電路由交流回路、功率開關(guān)管橋路以及直流回路組成；忽略電感和功率開關(guān)管橋路的等效損耗電阻。其中交流回路包括交流電壓e以及網(wǎng)側(cè)電感L等；直流回路包括直流電容C、負載電阻RL和負載電壓e等。reLT1T3LreD1D3RVLeCeLT2T4D2D41圖1.1單相VSR主電路穩(wěn)態(tài)工作時，單相VSR輸出直流電壓不變，功率開關(guān)管按PWM方式開通和關(guān)斷，單相VSR交流側(cè)輸出電

3、壓與單相逆變器相同。由于電感的濾波作用，忽略VSR交流側(cè)輸出電壓的諧波，單相VSR可以看作是可控的正弦單相電壓源。它與電網(wǎng)的正弦電壓共同作用于輸入電感L上，產(chǎn)生正弦輸入電流。穩(wěn)態(tài)條件下，re單相VSR交流側(cè)矢量關(guān)系如圖1.3所示。為簡化分析，對于單相VSR模型電路，只考慮基波分量而忽略PWM諧波分量，并且不計交流側(cè)電阻。這樣從圖1.3中可以分析：當以電網(wǎng)電壓矢量為參考時，通過控制單相VSR交流側(cè)輸出電壓矢量V即可實現(xiàn)單相VSR的四象限運行。若假設(shè)I不變，V=ωLI固定不變，在這種Lre情況下，單相VSR交流電壓矢量V端點運動軌跡構(gòu)成了一個以V為半徑

4、的圓。LDD?EE0?00?0VAVCACLIVLVBBI（a）（b）DID?IVVLE0VLE0?0?0AVCACBB（c）（d）圖1.3單相VSR交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系其中，E為交流電網(wǎng)電壓矢量，I為交流側(cè)電流矢量，VL為交流側(cè)電感電壓矢量，V為VSR交流側(cè)電壓矢量。進一步分析，可得單相VSR四象限運行規(guī)律如下：?（1）電壓矢量V端點在圓軌跡弧AB運動時，單相VSR運行于整流狀態(tài)。此時，單相VSR需從電網(wǎng)吸收有功及感性無功功率，電能將通過單相VSR由電網(wǎng)傳輸至直流負載。值得注意的是，當單相VSR運行在A點運行時，電流矢量Iο與電動勢E滯后90，此時

5、PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)純電感特性，單相VSR則不從電網(wǎng)吸收有功功率，而只從電網(wǎng)吸收感性無功功率，如圖1.3（a）所示。而在B2點時，電流矢量I與電動勢矢量E平行且同向，此時PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)正電阻特性，實現(xiàn)單位功率因數(shù)整流控制，如圖1.3（b）所示。?（1）當電壓矢量V端點在圓軌跡弧BC運動時，單相VSR運行于整流狀態(tài)。此時，單相VSR需從電網(wǎng)吸收有功及容性無功功率，電能將通過單相VSR由電網(wǎng)ο傳輸至直流負載。當單相VSR運行至C點時，電流矢量I與電動勢E超前90，此時PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)純電容特性，單相VSR將不從電網(wǎng)吸收有功功率，而只從電網(wǎng)吸收

6、容性無功功率，如圖1.3（c）所示。?（3）當電壓矢量V端點在圓軌跡弧CD運動時，單相VSR運行于有源逆變狀態(tài)。此時單相VSR向電網(wǎng)傳輸有功及感性無功功率，電能將從單相VSR直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。當單相VSR運行至D點時，電流矢量I與電動勢矢量E平行且反向，此時PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)負阻特性，便可實現(xiàn)單位功率因數(shù)有源逆變控制，如圖1.3（d）所示。?（4）當電壓矢量V端點在圓軌跡弧DA運動時，單相VSR運行于有源逆變狀態(tài)。此時，單相VSR向電網(wǎng)傳輸有功及容性無功功率，電能將從單相VSR直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。顯然，要實現(xiàn)單相VSR四象限運行，關(guān)鍵在于交流網(wǎng)側(cè)電

7、流控制。對于單位功率因數(shù)的單相VSR，必須控制交流網(wǎng)側(cè)電流，使單相VSR運行在圖1.3中的B點和D點。1.1三相VSR系統(tǒng)模型三相VSR主電路結(jié)構(gòu)如圖1.4所示，T1~T6為整流器功率開關(guān)管，D1~D6為續(xù)流二極管，在功率管不導(dǎo)通時，電流可以在二極管中續(xù)流。3idcT1T3T5idcD1D3D5eaLreiaRreaRdebibbCU0dcdcecicc+Ed-T4T6T2D4D6D2N圖1.4三相VSR主電路結(jié)構(gòu)三相VSR的整流橋開關(guān)信號Sk做如下的定義：?1上橋臂導(dǎo)通，下橋臂關(guān)斷S??（k=a，b，c）k?0上橋臂關(guān)斷，下橋臂導(dǎo)通為了分析的方便

8、，做如下的假設(shè)：（1）電網(wǎng)輸入為理想電源即三相電壓平衡（ea、eb、ec波形為幅值相等、相ο位相差120的理想正弦波）。（