淺述PWM型整流器

1、淺述PWM型整流器061230105 何卓電力電子技術(shù)是現(xiàn)代電工技術(shù)中最活躍的領(lǐng)域，并且在電力系統(tǒng)中得到日益廣泛的應(yīng)用。 電力電子技術(shù)根據(jù)用電場合而改變電能的應(yīng)用方式，即所謂“變流”，使得電能的應(yīng)用更好地滿足人們的需求，并通過功能和性能的提高產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，電力電子技術(shù)又被認(rèn)為是電能應(yīng)用的優(yōu)化技術(shù)。除了線性功率放大的場合，電力電子裝置中的功率器件大多工作于開關(guān)狀態(tài)，這種電力電子裝置不加控制的擴(kuò)大應(yīng)用，帶來的一個(gè)副作用就是電網(wǎng)的“污染”。例如傳統(tǒng)的二極管整流器和晶閘管相控整流器，其運(yùn)行過程中，網(wǎng)側(cè)電流均含有大量諧波，且總的功率因數(shù)較低，大量應(yīng)用所導(dǎo)致的電磁兼容問題可能會(huì)造成嚴(yán)重的后

2、果，因此必須加以限制。環(huán)保意識(shí)的提高，促使人們?cè)陔娏﹄娮蛹夹g(shù)的發(fā)展中探索一條“綠色”之路。對(duì)變流裝置而言，“綠色”的內(nèi)涵應(yīng)包括電網(wǎng)無諧波污染、單位功率因數(shù)，以及功率控制系統(tǒng)的高性能、高穩(wěn)定性、高效率等傳統(tǒng)變流裝置所不具備的優(yōu)越性能?！熬G色”電能變換的需求呼喚著電力電子技術(shù)的發(fā)展，而電力電子技術(shù)的發(fā)展又促進(jìn)了“綠色”電能變換的實(shí)現(xiàn)。PWM整流器作為各種電力電子應(yīng)用系統(tǒng)與電網(wǎng)的接口，其發(fā)展方向是將變流技術(shù)與微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)相融合，已成為電力電子技術(shù)發(fā)展中的熱點(diǎn)和亮點(diǎn)。PWM控制技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展為整流器性能的改進(jìn)提供了變革性的思路和手段， 結(jié)合了PWM控制技術(shù)的新型整流器稱為整流器。 經(jīng)過2

3、0多年的研究與探索，PWM控制技術(shù)已成功應(yīng)用于整流器的設(shè)計(jì)中，使整流器獲得了前所未有的優(yōu)良性能。與傳統(tǒng)的整流器相比，PWM整流器不僅獲得了可控的AC/DC變換性能，而且可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)和正弦波電流控制，甚至能使電能雙向傳輸。一般稱電能可雙向傳輸?shù)腜WM整流器為可逆PWM整流器。 由于可逆PWM整流器不僅體現(xiàn)出PWMAC/DC變流特性（整流），而且還可呈現(xiàn)出PWMDC/AC變流特性（有源逆變），因而確切地說， 可逆PWM整流器實(shí)際上是一種新型的可四象限運(yùn)行的變流器。隨著PWM控制技術(shù)的發(fā)展，如空間矢量PWM（SVPWM）、滯環(huán)電流PWM控制等方案的提出，以及現(xiàn)代控制理論和智能控制技術(shù)的發(fā)展

4、和應(yīng)用，PWM整流器的性能得到了不斷提高，功能也不斷擴(kuò)展。PWM整流器網(wǎng)側(cè)獨(dú)特的受控電流源特性，使得PWM整流器作為核心被廣泛應(yīng)用于各類電力電子應(yīng)用系統(tǒng)中，這些應(yīng)用系統(tǒng)主要有：（） 功率因數(shù)校正 （）；（） 靜止無功補(bǔ)償 （）；（） 有源電力濾波 （）；（） 統(tǒng)一潮流控制器 （）；（ ） 超 導(dǎo) 儲(chǔ) 能 （ ）；（） 高壓直流輸電 （）；（） 可再生能源并網(wǎng)發(fā)電；（） 交直流電氣傳動(dòng)。PWM整流器及其控制技術(shù)以其廣泛而重要的應(yīng)用前景，近年來備受學(xué)術(shù)界的關(guān)注， 已有大量的研究報(bào)告陸續(xù)發(fā)表。這些研究報(bào)告從各方面對(duì)PWM整流技術(shù)展開研究， 從而有力推動(dòng)了PWM整流器應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。PWM整流器概述隨

5、著電力電子技術(shù)的發(fā)展，功率半導(dǎo)體開關(guān)器件性能不斷提高，已從早期廣泛使用的半控型功率半導(dǎo)體開關(guān)，如普通晶閘管（SCR）發(fā)展到如今性能各異且類型諸多的全控型功率開關(guān)，如雙極型晶體管 （BJT）、門極關(guān)斷（GTO）晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、 集成門極換向晶閘管（IGCT）、功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET） 以及場控晶閘管（MCT） 等。而20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的智能型功率模塊（IPM）則開創(chuàng)了功率半導(dǎo)體開關(guān)器件新的發(fā)展方向。 功率半導(dǎo)體開關(guān)器件技術(shù)的進(jìn)步， 促進(jìn)了電力電子變流裝置技術(shù)的迅速發(fā)展， 出現(xiàn)了以脈寬調(diào)制(PWM)控制為基礎(chǔ)的各類變流裝置，如變頻器、逆變電源、高頻開關(guān)電源以及

6、各類特種變流器等，這些變流裝置在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中取得了廣泛的應(yīng)用。但是，目前這些變流裝置很大一部分需要整流環(huán)節(jié)，以獲得直流電壓，由于常規(guī)整流環(huán)節(jié)廣泛采用了二極管不控整流電路或晶閘管相控整流電路，因而對(duì)電網(wǎng)注入了大量諧波及無功，造成了嚴(yán)重的電網(wǎng)“污染”。治理這種電網(wǎng)“污染”最根本措施就是，要求變流裝置實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且運(yùn)行于單位功率因數(shù)。因此，作為電網(wǎng)主要“污染”源的整流器，首先受到了學(xué)術(shù)界的關(guān)注，并開展了大量研究工作。其主要思路就是，將PWM技術(shù)引入整流器的控制之中， 使整流器網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且可運(yùn)行于單位功率因數(shù)。根據(jù)能量是否可雙向流動(dòng)，派生出兩類不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的PWM整流器，即可逆PWM

7、整流器和不可逆PWM整流器。以下所稱PWM整流器均指可逆PWM整流器。能量可雙向流動(dòng)的PWM整流器不僅體現(xiàn)出AC/DC變流特性（整流），而且還可呈現(xiàn)出DC/AC變流特性（有源逆變），因而確切地說，這類 整流器實(shí)際上是一種新型的可逆PWM變流器。經(jīng)過幾十年的研究與發(fā)展，PWM整流器技術(shù)已日趨成熟。PWM整流器主電路已從早期的半控型器件橋路發(fā)展到如今的全控型器件橋路；其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已從單相、三相電路發(fā)展到多相組合及多電平拓?fù)潆娐?；PWM開關(guān)控制由單純的硬開關(guān)調(diào)制發(fā)展到軟開關(guān)調(diào)制；功率等級(jí)從千瓦級(jí)發(fā)展到兆瓦級(jí)，而在主電路類型上，既有電壓型整流器（），也有電流型整流器（），并且兩者在工業(yè)上均成功地投入了應(yīng)

8、用。由于PWM整流器實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且運(yùn)行于單位功率因數(shù)，甚至能量可雙向傳輸，因而真正實(shí)現(xiàn)了“綠色電能變換”。 由于PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)出受控電流源特性，因而這一特性使PWM整流器及其控制技術(shù)獲得進(jìn)一步的發(fā)展和拓寬，并取得了更為廣泛和更為重要的應(yīng)用，如靜止無功補(bǔ)償（）、有源電力濾波（）、統(tǒng)一潮流控制（）、超導(dǎo)儲(chǔ)能（）、高壓直流輸電（）、電氣傳動(dòng)（）、新型以及太陽能、風(fēng)能等可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電等，現(xiàn)分別簡述如下。 有源電力濾波 （） 及無功補(bǔ)償 （）圖1-1示出了與 濾波器混合的并聯(lián)型有源電力濾波器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 它主要由無源 環(huán)節(jié)和基于 整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的有源濾波環(huán)節(jié)組成。這種混合并聯(lián)型

9、有源電力濾波器利用 濾波器以及有源濾波器共同起到電網(wǎng)的諧波抑制及無功補(bǔ)償作用， 從而有利于提高系統(tǒng)性能價(jià)格比。 一般而言， 希望 濾波器承擔(dān)大部分諧波和無功補(bǔ) 償 的 任 務(wù)， 而利用有源濾波器的作用改善 系 統(tǒng) 性 能， 這樣可在滿足補(bǔ)償要求的同時(shí)， 大大降低了有源濾波裝置的容量，從而減少系統(tǒng)造價(jià)。并聯(lián)型有源電力濾波器網(wǎng)側(cè)實(shí)質(zhì)上可以看成一個(gè)等效的可控電流源， 它產(chǎn)生一個(gè)與被補(bǔ)償量 （諧波電流及無功電流） 的量值相等， 且相位相反的補(bǔ)償電流， 并注入電網(wǎng)， 這樣電網(wǎng)電流即獲得所需功率因數(shù)角的正弦波電流， 以達(dá)到有源濾波及無功補(bǔ)償?shù)哪康摹?此時(shí)， 系統(tǒng)既實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)的有源濾波 （） 同時(shí)也補(bǔ)償了

10、無功 （）。實(shí)際上， 當(dāng)基于 整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的有源環(huán)節(jié)只向電網(wǎng)注入無功電流而不補(bǔ)償諧波電流時(shí)， 該有源環(huán)節(jié)相當(dāng)一個(gè)靜止無功補(bǔ)償器 （）。 統(tǒng)一潮流控制器 （）統(tǒng)一潮流控制器 （） 是柔性交流輸電系統(tǒng) （） 技術(shù)中最引人注目、 最有應(yīng)用前景的一種電力補(bǔ)償裝置。 用于輸電網(wǎng)， 主要起控制有功潮流和吞吐無功功率的作用， 其主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1-2所示。 主電路主要由串聯(lián)變流器和并聯(lián)變流器組合而成， 其串聯(lián)變流器通過變壓器向電力網(wǎng)引入一個(gè)幅值可變、 相位可任意調(diào)節(jié)的電壓源， 從而能對(duì)線路的有功、 無功功率進(jìn)行控制； 而并聯(lián)變流器則采用了 整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 它通過變壓器向電力網(wǎng)引入一個(gè)幅值可變、 相位可

11、任意調(diào)節(jié)的電流源， 從而具有快速吞吐無功功率的能力， 并聯(lián)變流器的另一個(gè)主要作用是提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓， 以確保串、并聯(lián)變流器正常運(yùn)行。 超導(dǎo)磁能儲(chǔ)存 （）隨著超導(dǎo)材料及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展， 超導(dǎo)磁能儲(chǔ)存的研究與應(yīng)用引起了工程與學(xué)術(shù)界的關(guān)注。 超導(dǎo)磁能儲(chǔ)存主要用于電力網(wǎng)的調(diào)峰控制以及其他需要短時(shí)補(bǔ)償電能的場合。 在電力網(wǎng)用電量正常時(shí)， 電網(wǎng)中的電能通過變流裝置的超導(dǎo)線圈儲(chǔ)存足夠的能量超導(dǎo)磁能儲(chǔ)存 （）系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而當(dāng)用電量很大 （用電高峰）時(shí)， 超導(dǎo)線圈中的能量則通過變流裝置向電力網(wǎng)饋能， 從而起到調(diào)峰作用。 超導(dǎo)磁能儲(chǔ)存（） 系統(tǒng)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1-3所示。一般而言， 主電路常由電流型 整

12、流器組成， 將損耗極小的超導(dǎo)線圈串入 整流器直流側(cè)， 使其既是電流型 整流器的直流緩沖電感， 又是其直流側(cè)的負(fù)載線圈， 這種設(shè)計(jì)簡化了電流型 整流器主電路結(jié)構(gòu)， 并克服了常規(guī)電流型變流器損耗大的不足。 中的 整流器在使電能雙向傳輸?shù)耐瑫r(shí)， 還可以利用其快速的電流響應(yīng)解決電力系統(tǒng)中的一些問題， 如切換低功率因數(shù)負(fù)載所引起的電壓沖擊和短時(shí)間的供電失敗等。 四象限交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在常規(guī)的由電壓型逆變器組成的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中， 為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行， 必須在逆變器直流側(cè)加裝耗能或饋能裝置， 這主要是由于常規(guī)的電壓型逆變器交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用了交 直 交拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 而整流環(huán)節(jié)大都采用二極管整

13、流器，因而無法實(shí)現(xiàn)電能回饋， 并且將給電網(wǎng)造成一定的諧波 “污染”。若將 整流器取代二極管整流器， 不僅可實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行， 以及網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)正弦波電流控制， 還可使直圖1-4四象限交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)流側(cè)獲得足夠高且穩(wěn)定的直流電壓，從而改善了電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)性能。 另一方面， 通過引入適當(dāng)?shù)目刂撇呗裕?還可以大大減少直流側(cè)電容的電容量， 提高裝置運(yùn)行可靠性。 四象限交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1-4所示。 太陽能、 風(fēng)能等可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電太陽能、 風(fēng)能的大規(guī)模應(yīng)用將是 世紀(jì)人類社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。 然而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)， 首先必須完成太陽能、 風(fēng)能由補(bǔ)充能源向

14、替代能源過渡， 使太陽能、 風(fēng)能的利用由邊遠(yuǎn)無電地區(qū)向有電地區(qū)的常規(guī)供電方向發(fā)展。 這就要求開發(fā)性能優(yōu)越的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電將主要用于調(diào)峰電站以及屋頂光 伏 系 統(tǒng)。 目 前美、 日、德等發(fā)達(dá)國家已推出相應(yīng)的屋頂光伏計(jì)劃， 僅美國預(yù)計(jì) 年內(nèi)安裝容量約為3000MW。 太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1-5所示。太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)由太陽電池以及 整流器組成， 整流器經(jīng)過最大功率點(diǎn)尋優(yōu)控制將太陽電池電能并入電網(wǎng)， 并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)正弦波控制。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)發(fā)電， 傳統(tǒng)上常采用同步或異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。 同步發(fā)電系統(tǒng)需一套結(jié)構(gòu)復(fù)雜的調(diào)速機(jī)構(gòu)， 以穩(wěn)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；

15、而異步發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)電的同時(shí)， 需向電網(wǎng)吸取無功功率， 或由自備電容器提供無功電能， 并且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍較小。 若采用交 直 交型風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)， 就能較好地克服同步、 異步發(fā)電系統(tǒng)的不足， 其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1-6所示， 圖中采用了雙 整流器結(jié)構(gòu)。 其中， 風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)的 整流器控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行， 且輸出電流為正弦波， 從而提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率。 同時(shí)， 通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)， 以滿足風(fēng)力機(jī)的最大功率點(diǎn)運(yùn)行； 而網(wǎng)側(cè)的 整流器則完成向電網(wǎng)的饋電控制， 并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)正弦波電流控制。基本原理及分類整流器原理概述從電力電子技術(shù)發(fā)展來看，整流器是較早應(yīng)用的一種AC/DC變換裝

16、置。整流器的發(fā)展經(jīng)歷了由不控整流器 （二極管整流）、相控整流器 （晶閘管整流）到PWM整流器（門極關(guān)斷功率開關(guān)管）的發(fā)展歷程。傳統(tǒng)的相控整流器，雖應(yīng)用時(shí)間較長，技術(shù)也較成熟，且被廣泛使用，但仍然存在以下問題：（）晶閘管換相引起網(wǎng)側(cè)電壓波形畸變。（）網(wǎng)側(cè)諧波電流對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波 “污染”。（）深控時(shí)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)降低。（）閉環(huán)控制時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)相對(duì)較慢。雖然二極管整流器，改善了整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，但仍會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)側(cè)諧波電流而 “污染”電網(wǎng)；另外二極管整流器的不足還在于其直流電壓的不可控性。針對(duì)上述不足，PWM整流器已對(duì)傳統(tǒng)的相控及二極管整流器進(jìn)行了全面改進(jìn)。其關(guān)鍵性的改進(jìn)在于用全控型功率開關(guān)管取代了半控型功

17、率開關(guān)管或二極管，以斬控整流取代了相控整流或不控整流。因此，PWM整流器可以取得以下優(yōu)良性能：（）網(wǎng)側(cè)電流為正弦波。（）網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)控制 （如單位功率因數(shù)控制）。（）電能雙向傳輸。（）較快的動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)。顯然，PWM整流器已不是一般傳統(tǒng)意義上的AC/DC變換器。由于電能的雙向傳輸，當(dāng)PWM整流器從電網(wǎng)吸取電能時(shí)，其運(yùn)行于整流工作狀態(tài)； 而當(dāng) 整流器向電網(wǎng)傳輸電能時(shí)，其運(yùn)行于有源逆變工作狀態(tài)。 所謂單位功率因數(shù)是指： 當(dāng) 整流器運(yùn)行于整流狀態(tài)時(shí)， 網(wǎng)側(cè)電壓、 電流同相 （正阻特性）；當(dāng) 整流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)時(shí)， 其網(wǎng)側(cè)電壓、 電流反相（負(fù)阻特性）。 進(jìn)一步研究表明， 由于 整流器其網(wǎng)側(cè)電流及

18、功率因數(shù)均可控， 因而可被推廣應(yīng)用于有源電力濾波及無功補(bǔ)償?shù)确钦髌鲬?yīng)用場合。綜上可見， 整流器實(shí)際上是一個(gè)其交、 直流側(cè)可控的四象限運(yùn)行的變流裝置。 為便于理解，以下首先從模型電路闡述 整流器的基本原理。圖2-1為 整流器模型電路。從圖2-1可以看出： 整流器模型電路由交流回路、 功率開關(guān)管橋路以及直流回路組成。 其中交流回路包括交流電動(dòng)勢(shì) 以及網(wǎng)側(cè)電感 等； 直流回路包括負(fù)載電阻 及負(fù)載電動(dòng)勢(shì) 等； 功率開關(guān)管橋路可由電壓型或電流型橋路組成。當(dāng)不計(jì)功率開關(guān)管橋路損耗時(shí)， 由交、 直流側(cè)功率平衡關(guān)系得 （2-1）式中 v、i模型電路交流側(cè)電壓、 電流；、模型電路直流側(cè)電壓、 電流。由式 （2

19、-1） 不難理解： 通過模型電路交流側(cè)的控制， 就可以控制其直流側(cè)， 反之亦然。 以下著重從模型電路交流側(cè)入手，分析 整流器的運(yùn)行狀態(tài)和控制原理。穩(wěn)態(tài)條件下， 整流器交流側(cè)矢量關(guān)系如圖2-2所示。為簡化分析， 對(duì)于 整流器模型電路， 只考慮基波分量而忽略 諧波分量， 并且不計(jì)交流側(cè)電阻。 這樣可從圖2-2分析： 當(dāng)以電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量為參考時(shí)， 通過控制交流電壓矢量 即可實(shí)現(xiàn) 整流器的四象限運(yùn)行。 若假設(shè) 不變， 因此 也固定不變?cè)谶@種情況下， 整流器交流電壓矢量 端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡構(gòu)成了一個(gè)以 為半徑的圓。 當(dāng)電壓矢量 端點(diǎn)位于圓軌跡 點(diǎn)時(shí)， 電流矢量 比電動(dòng)勢(shì)矢量 滯后 °， 此時(shí) 整流器

20、網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)純電感特性， 如圖 2-2a 所示；當(dāng)電壓矢量 端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至圓軌跡 點(diǎn)時(shí)， 電流矢量 與電動(dòng)勢(shì)矢量 平行且同向， 此時(shí) 整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)正電阻特性， 如圖2-2b所示； 當(dāng)電壓矢量 端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至圓軌跡 點(diǎn)時(shí)， 電流矢量 比電動(dòng)勢(shì)矢量 超前 °， 此時(shí) 整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)純電容特性， 如圖2-2c所示； 當(dāng)電壓矢量 端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至圓軌跡 點(diǎn)時(shí)， 電流矢量 與電動(dòng)勢(shì)矢量 平行且反向， 此時(shí) 整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)負(fù)阻特性， 如圖2-2d所示。 以上， 、 、 、 四點(diǎn)是 整流器四象限運(yùn)行的四個(gè)特殊工作狀態(tài)點(diǎn)， 進(jìn)一步分析，可得 整流器四象限運(yùn)行規(guī)律如下：（） 電壓矢量端點(diǎn)在圓軌跡上運(yùn)動(dòng)時(shí)， 整流器運(yùn)行

21、于整流狀態(tài)。 此時(shí)， 整流器需從電網(wǎng)吸收有功及感性無功功率， 電能將通過 整流器由電網(wǎng)傳輸至直流負(fù)載。 值得注意的是， 當(dāng) 整流器運(yùn)行在 點(diǎn)時(shí)， 則實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)整流控制； 而在 點(diǎn)運(yùn)行時(shí)， 整流器則不從電網(wǎng)吸收有功功率， 而只從電網(wǎng)吸收感性無功功率。（） 當(dāng)電壓矢量 端點(diǎn)在圓軌跡上運(yùn)動(dòng)時(shí)， 整流器運(yùn)行于整流狀態(tài)。 此時(shí)， 整流器需從電網(wǎng)吸收有功及容性無功功率， 電能將通過 整流器由電網(wǎng)傳輸至直流負(fù)載。 當(dāng) 整流器運(yùn)行至 點(diǎn)時(shí)， 整流器將不從電網(wǎng)吸收有功功率， 而只從電網(wǎng)吸收容性無功功率。（） 當(dāng)電壓矢量 端點(diǎn)在圓軌跡 上運(yùn)動(dòng)時(shí)， 整流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)。 此時(shí) 整流器向電網(wǎng)傳輸有功及容性

22、無功功率， 電能將從 整流器直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。 當(dāng) 整流器運(yùn)行至 點(diǎn)時(shí)， 便可實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)有源逆變控制。（） 當(dāng)電壓矢量 端點(diǎn)在圓軌跡 上運(yùn)動(dòng)時(shí)， 整流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)。 此時(shí)， 整流器向電網(wǎng)傳輸有功及感性無功功率， 電能將從 整流器直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。顯然， 要實(shí)現(xiàn) 整流器的四象限運(yùn)行， 關(guān)鍵在于網(wǎng)側(cè)電流的控制。 一方面， 可以通過控制 整流器交流側(cè)電壓， 間接控制其網(wǎng)側(cè)電流； 另一方面， 也可通過網(wǎng)側(cè)電流的閉環(huán)控制，直接控制 整流器的網(wǎng)側(cè)電流。PWM整流器分類隨著PWM整流器技術(shù)的發(fā)展， 已設(shè)計(jì)出多種整流器，并可分類如下：盡管分類方法多種多樣， 但最基本的分類方法就是將 整流器分類成

23、電壓型和電流型兩大類， 這主要是因?yàn)殡妷盒汀?電流型 整流器， 無論是在主電路結(jié)構(gòu)、 信號(hào)發(fā)生以及控制策略等方面均有各自的特點(diǎn)， 并且兩者間存在電路上的對(duì)偶性。 其他分類方法就主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而言， 均可歸類于電流型或電壓型 整流器之列。電壓型PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 電壓型PWM整流器(Voltage Source Rectifer一VSR)最顯著拓?fù)涮卣骶褪侵绷鱾?cè)采用電容進(jìn)行直流儲(chǔ)能，從而使VSR直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性。以下介紹幾種常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。1.單相半橋、全橋VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖2-3分別示出了VSR單相半橋和單相全橋主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。兩者交流側(cè)具有相同的電路結(jié)構(gòu)，其中交流側(cè)電感主要用以濾

24、除網(wǎng)側(cè)電流諧波。由圖2-3a可看出，單相半橋VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只有一個(gè)橋臂采用了功率開關(guān)管，另一橋臂則由兩個(gè)電容串聯(lián)組成，同時(shí)串聯(lián)電容又兼作直流側(cè)儲(chǔ)能電容；而單相全橋 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則如圖2-3b所示，它采用了具有4個(gè)功率開關(guān)管的H橋結(jié)構(gòu)。值得注意的是：主電路功率開關(guān)管必須反并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，以緩沖PWM過程中的無功電能。比較兩者，顯然半橋電路具有較簡單的主電路結(jié)構(gòu)，且功率開關(guān)管數(shù)只有全橋電路的一半，因而造價(jià)相對(duì)較低，常用于低成本、小功率應(yīng)用場合。進(jìn)一步研究表明，在相同的交流側(cè)電路參數(shù)條件下，要使單相半橋VSR以及單相全VS獲得同樣的交流側(cè)電流控制特性，半橋電路直流電壓應(yīng)是全橋電路直流電壓的兩倍，因此

25、功率開關(guān)管耐壓要求相對(duì)提高。另外，為使半橋電路中電容中點(diǎn)電位基本不變，還需引人電容均壓控制，可見單相半橋VSR的控制相對(duì)復(fù)雜。2.三相半橋、全橋VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖2-4分別給出了三相半橋和三相全橋VSR主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖2-4a為三相半橋VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其交流側(cè)采用三相對(duì)稱的無中線連接方式，并采用6個(gè)功率開關(guān)管，這是一種最常用的三相PWM整流器，通常所謂的三相橋式電路即指三相半橋電路。三相半橋VSR較適用于三相電網(wǎng)平衡系統(tǒng)。當(dāng)三相電網(wǎng)不平衡時(shí)，其控制性能將惡化，甚至使其發(fā)生故障。為克服這一不足，可采用三相全橋設(shè)計(jì)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 2-4b所示。其特點(diǎn)是：公共直流母線上連接了三個(gè)獨(dú)立控制的單相全橋，并通過變壓器連接至三相四線制電網(wǎng)。因此，三相全橋?qū)嶋H上是由三個(gè)獨(dú)立的單相全橋組合而成的，當(dāng)電網(wǎng)不平衡時(shí)，不會(huì)嚴(yán)重影響整流器控制性能，由于三相全橋電路所需的功率開關(guān)管是三相半橋電路的一倍，因而三相全橋電路一般較少采用。三電平 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 2-5三相三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以上所述的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)屬常