PWM整流電路工作原理

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(diǎn).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(duì)PWM整流電路進(jìn)行控制，選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｊ胶凸ぷ鲿r(shí)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(shí)現(xiàn)雙向流動(dòng)，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(shí)輸人中諧波分

2、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(duì)PWM整流電路進(jìn)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。參考文獻(xiàn)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(duì)PWM整流電路的運(yùn)行方式相量圖

3、進(jìn)行分析，沒有分析其工作過程。對(duì)PWM整流電路不熟悉的教師在了解這部分內(nèi)容時(shí)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(jī)車傳動(dòng)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(gè)橋臂由一個(gè)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(gè)重要的元件，起平衡電壓、支撐無功功率和儲(chǔ)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PWM逆變電路是相同的。按照正弦信號(hào)波和三角波相比較的方法對(duì)圖1中的VIV4,從進(jìn)行SPWM控制，就可以在橋的交流輸

4、人端ab產(chǎn)生一個(gè)SPWM波u。在u中含有和正弦信號(hào)波同頻率且幅值成比例的基波分量,abab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。與電網(wǎng)的正弦電壓匕共同作用于輸人電感L上，產(chǎn)生正弦輸人電流i。當(dāng)u定時(shí)，i幅值和相位僅由u©中基波幅值及其與u的相位差決定。通過控制整流器交流側(cè)的電壓Ub的幅值和相位，就可獲得所需大小和相位的輸人電流i,s2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u=Ldi,/dt,可得LU=j«LI=u-uLSSeb3單相電壓型橋式PWM整流電路其矢量關(guān)系圖育Uh(a)整流運(yùn)行(b)逆變運(yùn)行圖2PWM整流電

5、路運(yùn)行方式向量圖圖中6二arctansLIs/U，U和分別是電網(wǎng)電壓和電流的有效值。圖2(a)中1與u同相,，電路為整流運(yùn)行，功率因數(shù)為I;圖2(b)中i與u反相，電SSSS路為逆變運(yùn)行。這說明PWM整流電路可以實(shí)現(xiàn)能量正反兩個(gè)方向的流動(dòng)。4單相電壓型橋式PWM整流電路運(yùn)行模式不考慮換相過程，在任一時(shí)刻，電壓型單相橋式PWM整流電路的四個(gè)橋臂應(yīng)有兩個(gè)橋臂導(dǎo)通。為避免輸出短路，1、2橋臂不允許同時(shí)導(dǎo)通，同樣3、4橋臂也不允許同時(shí)導(dǎo)通。PWM整流電路有四種工作模式，根據(jù)交流側(cè)電流i的方向，每種工作模式S有兩種工作狀態(tài)。輸人電壓u位于正半周時(shí)，各工作模式S 運(yùn)行方式1：1,4號(hào)橋臂導(dǎo)通，Ldi/dt

6、二U-USSab電流為正時(shí)，VD和VD導(dǎo)通，交流電源輸出能量，直流側(cè)吸收能量，電路處于整流狀態(tài)；電流為負(fù)時(shí)，V和V導(dǎo)通，交流電源吸收能量，直流側(cè)釋放能量，處于能14量反饋狀態(tài)。 運(yùn)行方式2：2、3號(hào)橋臂導(dǎo)通，Ldi/dt=U-USSab電流為正時(shí)，V和V3導(dǎo)通，交流電源和直流側(cè)都輸出能量,L儲(chǔ)能；電流為負(fù)時(shí)，VD和VD導(dǎo)通，交流電源和直流側(cè)都吸收能量,L釋放能量。23 運(yùn)行方式3：1、3號(hào)橋臂導(dǎo)通，Ldi$/dt=U直流側(cè)與交流側(cè)無能量交換，電源被短接，電流為正時(shí)，VD和V導(dǎo)通，L儲(chǔ)能；13電流為負(fù)時(shí)，V和VD導(dǎo)通，L釋放能量。13 運(yùn)行方式運(yùn)行方式4：2、4號(hào)橋臂導(dǎo)通，Ldi/dt=USS直

7、流側(cè)與交流側(cè)無能量交換，電源被短接，電流為正時(shí)，V和VD導(dǎo)通，L儲(chǔ)能；24電流為負(fù)時(shí)，VD和V導(dǎo)通，L釋放能量。24輸人電壓u位于負(fù)半周時(shí)，各工作模式S 運(yùn)行方式1：1,4號(hào)橋臂導(dǎo)通，Ldis/dt二-Ub電流為正時(shí)，VD和VD導(dǎo)通，交流電源和直流側(cè)都吸收能量,L釋放能量；交流14電源和直流側(cè)都輸出能量丄儲(chǔ)能。 運(yùn)行方式2：2、3號(hào)橋臂導(dǎo)通，Ldi/dt=U-USSab電流為正時(shí)，V和V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23狀態(tài)；電流為負(fù)時(shí)，VD和VD導(dǎo)通，交流電源輸出能量，直流側(cè)吸收能量，電路處23于整流狀態(tài)。 運(yùn)行方式3：1、3號(hào)橋臂導(dǎo)通，Ldi/dt=USS直流側(cè)與交流側(cè)無能量交換，電源被短接，電流為正時(shí)，VD和V導(dǎo)通，L釋放能13量L儲(chǔ)能；電流為負(fù)時(shí)，V和VD導(dǎo)通，L儲(chǔ)能。13 運(yùn)行方式4：2、4號(hào)橋臂導(dǎo)通，L