PWM整流器【精制材料】

1、第五講 PWM整流器,1,實操應(yīng)用,目前常規(guī)整流器一般采用晶閘管相控整流電路或二極管整流電路。存在問題： 晶閘管相控整流電路的輸入電流滯后電壓，其滯后角隨著觸發(fā)角的增大而增大，而且輸入電流中諧波分量相當大，因此功率因數(shù)低。,一、整流器現(xiàn)狀,二極管整流電路雖然位移因數(shù)接近1，但輸入電流中諧波分量很大，所以功率因數(shù)也很低，對電網(wǎng)造成了嚴重的“污染”。,2,實操應(yīng)用,一、整流器現(xiàn)狀,3,實操應(yīng)用,一、整流器現(xiàn)狀,4,實操應(yīng)用,二、PWM整流器拓撲結(jié)構(gòu),把PWM控制技術(shù)引入到整流器的控制中，可以使整流器輸入電流正弦化，且和輸入電壓同相位，功率因數(shù)近似為1。這種整流電路也可以稱高功率因數(shù)整流器。,PWM

2、整流器可分為電壓型和電流型兩大類，目前研究和應(yīng)用較多的是電壓型PWM整流電路。（Voltage Source PWM Rectifer-VCR）,5,實操應(yīng)用,PWM整流器可以取得以下優(yōu)良性能： (1)網(wǎng)側(cè)電流近似正弦波 (2)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)控制(如單位功率因數(shù)控制) (3)電能雙向傳輸，四象限運行 (4)較快的動態(tài)響應(yīng),二、PWM整流器拓撲結(jié)構(gòu),6,實操應(yīng)用,二、PWM整流器拓撲結(jié)構(gòu),2020/10/7,1-7,由交流回路、功率開關(guān)管橋路以及 直流回路組成。 當不計功率開關(guān)管橋路損耗時，由交、直流側(cè)功率平衡關(guān)系,通過模型電路交流側(cè)的控制，就可以控制其直流側(cè)，反之也成立。,PWM整流器模型電路,

3、7,實操應(yīng)用,二、PWM整流器拓撲結(jié)構(gòu),電壓源型整流器,電流源型整流器,8,實操應(yīng)用,二、PWM整流器拓撲結(jié)構(gòu),PWM工作原理主要是通過對開關(guān)器件進行有效控制，使得橋臂輸入端電壓為PWM調(diào)制脈沖序列。當開關(guān)頻率足夠高時，根據(jù)傅立葉分解，橋臂端電壓為基波交流電壓和高次諧波電壓組成。,9,實操應(yīng)用,二、PWM整流器拓撲結(jié)構(gòu),由于電感L具有的平衡和抑制高次諧波電流作用，因而可緩沖橋臂脈沖序列中的無功功率，使網(wǎng)側(cè)輸入電流正弦化。 直流側(cè)電容可濾除直流電流中高次諧波分量，直流分量流向負載側(cè)，減少直流側(cè)紋波，從而使交流側(cè)電流正弦化，提高功率因數(shù)。,單相PWM整流電路,10,實操應(yīng)用,三、PWM整流器工作原

4、理,這說明PWM整流電路可實現(xiàn)能量正反兩方向流動，即既可以運行在整流狀態(tài)，從交流側(cè)向直流側(cè)輸送能量； 也可以運行在逆變狀態(tài)，從直流側(cè)向交流側(cè)輸送能量。而且，這兩種方式都可以在單位功率因數(shù)下運行。這一特點對于需再生制動的交流電動機調(diào)速系統(tǒng)很重要。,11,實操應(yīng)用,三、PWM整流器工作原理,要實現(xiàn)PWM整流器的四象限運行，關(guān)鍵在于網(wǎng)側(cè)電流的控制。一方面，可以通過控制PWM整流器交流側(cè)電壓，來間接控制其網(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PWM整流器的網(wǎng)側(cè)電流。,12,實操應(yīng)用,三、PWM整流器工作原理,單相PWM整流電路,電感升壓作用,電容穩(wěn)壓作用,13,實操應(yīng)用,三、PWM整

5、流器工作原理,單相PWM整流電路,單極性調(diào)制 三值開關(guān)函數(shù),14,實操應(yīng)用,三、三相PWM整流器工作原理,三相PWM整流電路,15,實操應(yīng)用,三、三相PWM整流器工作原理,開關(guān)函數(shù)相同，但有不同的導通回路。相同的開關(guān)函數(shù)，根據(jù)電流的方向不同則回路不同。,16,實操應(yīng)用,三、三相PWM整流器工作原理,a相開關(guān)函數(shù)波形,a相電壓波形,直流輸出電壓波形,a相電流波形,17,實操應(yīng)用,四、三相PWM整流器數(shù)學模型,在建立三相VSR數(shù)學模型過程中，一般做以下假設(shè)： 電網(wǎng)電動勢為三相平衡正弦電動勢 ； 電源的A、B、C三相電路的等效電阻均為R；三相電路的等效電感值均為L，且線性不考慮飽和。 開關(guān)器件皆為理

6、想器件； 為描述VSR能量的雙向傳輸，三相VSR其直流側(cè)負載由電阻和直流電動勢串連表示； ； 忽略開關(guān)死區(qū)時間。,三相VSR一般數(shù)學模型的建立可采用以下兩種形式： (1)采用開關(guān)函數(shù)描述的一般數(shù)學模型。 (2)采用占空比描述的一般數(shù)學模型。,18,實操應(yīng)用,四、三相PWM整流器數(shù)學模型,三相平衡則,19,實操應(yīng)用,四、三相PWM整流器數(shù)學模型,三相平衡則,20,實操應(yīng)用,四、三相PWM整流器數(shù)學模型,21,實操應(yīng)用,四、三相PWM整流器數(shù)學模型,2020/10/7,1-22,三相VSR低頻數(shù)學模型,應(yīng)用傅立葉變換：,低頻數(shù)學模型：,22,實操應(yīng)用,四、三相PWM整流器數(shù)學模型,2020/10/

7、7,1-23,采用開關(guān)函數(shù)描述的一般數(shù)學模型是對VSR開關(guān)過程的精確描述，較適合于VSR的波形仿真。 采用開關(guān)函數(shù)描述的VSR一般數(shù)學模型，當VSR開關(guān)頻率遠高于電網(wǎng)基波頻率時，為簡化VSR的一般數(shù)學描述，可忽略VSR開關(guān)函數(shù)描述模型中的高頻分量，即只考慮其中的低頻分量，從而獲得采用占空比描述的低頻數(shù)學模型，用于指導控制器設(shè)計,23,實操應(yīng)用,四、三相PWM整流器數(shù)學模型,VSR交流側(cè)均為時變交流量，因而不利于控制系統(tǒng)的設(shè)計，可以通過坐標變換將三相對稱靜止坐標系，在轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的坐標系。 經(jīng)坐標旋轉(zhuǎn)變換后，三相對稱靜止坐標系中的基波正弦量將轉(zhuǎn)換成同步旋轉(zhuǎn)坐標系中的直流變量，從而

8、簡化了控制系統(tǒng)的設(shè)計。 三相靜止坐標系中的三相VSR一般數(shù)學模型經(jīng)同步旋轉(zhuǎn)坐標變換后，即轉(zhuǎn)換成三相VSR模型,24,實操應(yīng)用,四、三相PWM整流器數(shù)學模型,1）關(guān)于坐標變換,25,實操應(yīng)用,四、三相PWM整流器數(shù)學模型,1）關(guān)于坐標變換,26,實操應(yīng)用,四、三相PWM整流器數(shù)學模型,根據(jù)“等功率”坐標變換原則，利用三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系的變換矩陣：,27,實操應(yīng)用,四、三相PWM整流器數(shù)學模型,三相VSR在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型,根據(jù)同步旋轉(zhuǎn)變換矩陣，把兩相靜止坐標系變換到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系：,28,實操應(yīng)用,四、三相PWM整流器數(shù)學模型,三相VSR在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型,2

9、9,實操應(yīng)用,PWM整流電路控制基本思想是：通過PWM調(diào)制控制功率開關(guān)管的通斷狀態(tài)，使輸入電流接近正弦波而消除電流諧波，且電流和電壓相位可任意控制，實現(xiàn)高功率因數(shù)。 為了實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)任意功率因數(shù)控制，其關(guān)鍵技術(shù)問題是研究網(wǎng)側(cè)電流控制策略。 高性能的控制策略主要分為兩大類：電流控制和直接功率控制,五、PWM整流器控制策略,30,實操應(yīng)用,1. 間接電流控制,五、PWM整流器控制策略,31,實操應(yīng)用,2. 直接電流控制-滯環(huán)控制,五、PWM整流器控制策略,32,實操應(yīng)用,2. 直接電流控制-滯環(huán)控制,滯環(huán)電流控制的優(yōu)點是：硬件電路簡單；屬于實時控制方式，電流響應(yīng)很快；不需要載波，輸出電壓中不含特定頻率

10、的諧波分量；屬于閉環(huán)控制，若滯環(huán)的寬度固定，則電流跟蹤誤差范圍固定。 其缺點是開關(guān)頻率不固定，因而對開關(guān)器件造成的應(yīng)力較大。,五、PWM整流器控制策略,33,實操應(yīng)用,2. 直接電流控制-SVPWM控制,五、PWM整流器控制策略,34,實操應(yīng)用,2. 直接電流控制-SVPWM控制,五、PWM整流器控制策略,35,實操應(yīng)用,2. 直接電流控制-SVPWM控制,五、PWM整流器控制策略,36,實操應(yīng)用,2. 直接電流控制-SVPWM控制,三相PWM整流器數(shù)學模型,五、PWM整流器控制策略,37,實操應(yīng)用,2. 直接電流控制-SVPWM控制,三相PWM整流器數(shù)學模型,五、PWM整流器控制策略,38,

11、實操應(yīng)用,SVPWM控制結(jié)構(gòu),五、PWM整流器控制策略,39,實操應(yīng)用,2. 直接電流控制-SVPWM控制,五、PWM整流器控制策略,40,實操應(yīng)用,六、PWM整流器應(yīng)用,靜止無功發(fā)生器,41,實操應(yīng)用,六、PWM整流器應(yīng)用,靜止無功發(fā)生器,42,實操應(yīng)用,六、PWM整流器應(yīng)用,靜止無功發(fā)生器,43,實操應(yīng)用,六、PWM整流器應(yīng)用,靜止無功發(fā)生器,44,實操應(yīng)用,六、PWM整流器應(yīng)用,雙PWM變頻器,通用變頻器電路結(jié)構(gòu),45,實操應(yīng)用,雙PWM變頻器,雙PWM變頻器電路結(jié)構(gòu),六、PWM整流器應(yīng)用,46,實操應(yīng)用,六、PWM整流器應(yīng)用,有源電力濾波器,47,實操應(yīng)用,六、PWM整流器應(yīng)用,有源電力濾波器,48,實操應(yīng)用