單相PWM整流電路設(shè)計電力電子課程設(shè)計

1、重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院電力電子技術(shù)課程設(shè)計設(shè)計題目：單相橋式可控整流電路設(shè)計年級專業(yè)：*級電氣工程與自動化學(xué)生姓名：*學(xué)號:成績評定:完成日期：2013年6月23日課程設(shè)計指導(dǎo)教師評定成績表項目分值優(yōu)秀(100x 90)良好(90x 80)中等(80x 70)及格(70x60)不及格(x60)評 分參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí) 態(tài)度20學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn) 真，科學(xué)作風(fēng) 嚴(yán)謹(jǐn)，嚴(yán)格保 證設(shè)計時間并 按任務(wù)書中規(guī) 定的進(jìn)度開展 各項工作學(xué)習(xí)態(tài)度比較 認(rèn)真，科學(xué)作 風(fēng)良好，能按 期圓滿完成任 務(wù)書規(guī)定的任 務(wù)學(xué)習(xí)態(tài)度 尚好，遵守 組織紀(jì)律， 基本保證 設(shè)計時間， 按期完成 各項工作學(xué)習(xí)態(tài)度尚

2、可，能遵守組 織紀(jì)律，能按 期完成任務(wù)學(xué)習(xí)馬虎， 紀(jì)律渙散， 工作作風(fēng) 不嚴(yán)謹(jǐn)，不 能保證設(shè) 計時間和 進(jìn)度技術(shù) 水平 與實 際能 力30設(shè)計合理、理 論分析與計算 正確，實驗數(shù) 據(jù)準(zhǔn)確，有很 強(qiáng)的實際動手 能力、經(jīng)濟(jì)分 析能力和計算 機(jī)應(yīng)用能力， 文獻(xiàn)查閱能力 強(qiáng)、引用合理、 調(diào)查調(diào)研非常 合理、可信設(shè)計合理、理 論分析與計算 正確，實驗數(shù) 據(jù)比較準(zhǔn)確， 有較強(qiáng)的實際 動手能力、經(jīng) 濟(jì)分析能力和 計算機(jī)應(yīng)用能 力，文獻(xiàn)引用、 調(diào)查調(diào)研比較 合理、可信設(shè)計合理， 理論分析 與計算基 本正確，實 驗數(shù)據(jù)比 較準(zhǔn)確，有 一定的實 際動手能 力，主要文 獻(xiàn)引用、調(diào) 查調(diào)研比 較可信設(shè)計基本合 理，理

3、論分析 與計算無大 錯，實驗數(shù)據(jù) 無大錯設(shè)計不合 理，理論分 析與計算 有原則錯 誤，實驗數(shù) 據(jù)不可靠， 實際動手 能力差，文 獻(xiàn)引用、調(diào) 查調(diào)研有 較大的問 題論文 (計算 書、 圖紙) 撰寫質(zhì)量50結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，邏 輯性強(qiáng)，層次 清晰，語言準(zhǔn) 確，文字流暢， 完全符合規(guī)范 化要求，書寫 工整或用計算 機(jī)打印成文； 圖紙非常工 整、清晰結(jié)構(gòu)合理，符 合邏輯，文章 層次分明，語 言準(zhǔn)確，文字 流暢，符合規(guī) 范化要求，書 寫工整或用計 算機(jī)打印成 文；圖紙工整、 清晰結(jié)構(gòu)合理， 層次較為 分明，文理 通順，基本 達(dá)到規(guī)范 化要求，書 寫比較工 整；圖紙比 較工整、清 晰結(jié)構(gòu)基本合 理，邏輯基本 清楚

4、，文字尚 通順，勉強(qiáng)達(dá) 到規(guī)范化要 求；圖紙比較 工整內(nèi)容空泛， 結(jié)構(gòu)混亂， 文字表達(dá) 不清，錯別 字較多，達(dá) 不到規(guī)范 化要求；圖 紙不工整 或不清晰指導(dǎo)教師評定成績:指導(dǎo)教師簽名:重慶大學(xué)本科學(xué)生電力電子課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計題目單相橋式可控整流電路設(shè)計學(xué)院電氣工程專業(yè)電氣工程與自動化年級*級已知參數(shù)和設(shè)計要求:1. 單相電壓型PWM8流器設(shè)計2. 輸入工頻電壓220V（ 20%, 50HZ3. 輸出功率3KV，輸出電壓400V4GBT選型，開關(guān)頻率10KHz-20KHz設(shè)計單相電壓型PWM整流電路，并計算各元器件的參數(shù)，開關(guān)器件選用IGBT，采用雙極性PWMH制方式，運(yùn)用matlab/s

5、imulink 對所設(shè)計電路仿真, 得出波形和數(shù)據(jù)。學(xué)生應(yīng)完成的工作：1. 查詢相關(guān)資料，學(xué)習(xí)PWM8流的原理；2. 掌握主電路的設(shè)計，對各參數(shù)進(jìn)行理論計算；3. 學(xué)習(xí)PWM調(diào)制方式，用反饋實現(xiàn)雙極性調(diào)制方法4. 利用simulink對所設(shè)計電路進(jìn)行仿真，并得到仿真波形和數(shù)據(jù);5. 完成課程設(shè)計報告。目前資料收集情況（含指定參考資料）： 張興，張宗巍.PWM整理器及其控制M 單相電壓型PWM整流器控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真J 單相電壓型PWM整流電路原理分析與仿真J PWM整流電路的原理分析J課程設(shè)計的工作計劃：6月3日一一6月7日，查閱相關(guān)論文和參考文獻(xiàn)，理解整流原理6月7日一一6月11日，PWM8

6、流電路的參數(shù)計算，主電路的設(shè)計6月11日一一6月16日，建立simulink仿真模型驗證理論計算6月16日一一6月23日，完成電路仿真和課程設(shè)計報告任務(wù)下達(dá)日期 年 月 日完成日期 年 月 日指導(dǎo)教師 （簽名）學(xué)生 （簽名）單相橋式可控整流電路設(shè)計摘要：本文主要研究單相橋式 PWM 整流電路的原理，并運(yùn)用 IGBT 去實現(xiàn)電路 的設(shè)計。 概括地講述了單相電壓型 PWM 整流電路的工作原理， 用雙極性調(diào)制方 式去控制 IGBT 的通斷。在元器件選型上，較為詳細(xì)地介紹了 IGBT 的選型，分 析了交流側(cè)電感和直流側(cè)電容的作用， 以及它們的選型。 最后根據(jù)實際充電機(jī)的 需求，選擇元器件具體的參數(shù)，

7、并用 simulink 進(jìn)行仿真， 以驗證所設(shè)計的單相電 壓型 PWM 整流器的性能。實現(xiàn)了單相電壓型 PWM 整流器的高功率因數(shù)，低紋 波輸出等功能。關(guān)鍵詞： PWM 整流 simulink 雙極性調(diào)制 IGBT目錄1. 引言 - 5 -1.1 PWM整流器產(chǎn)生的背景 -5 -1.2 PWM整流器的發(fā)展?fàn)顩r -5 -1.3 本文所研究的主要內(nèi)容 - 6 -2. 單相電壓型PWM8流電路的工作原理 -7 -2.1 電路工作狀態(tài)分析 - 7 -2.2 PWMS制信號分析 -8 -2.3 交流測電壓電流的矢量關(guān)系 - 9 -3. 單相電壓型PWM8流電路的設(shè)計 -10 -3.1 主電路系統(tǒng)設(shè)計 -

8、 10 -3.2 IGBT 和二極管的選型設(shè)計 - 11 -3.3 交流側(cè)電感的選型設(shè)計 - 11 -3.4 直流側(cè)電容的選型設(shè)計 - 12 -3.5直流側(cè)LC濾波電路的設(shè)計 -13 -4. 單相PWM8流電路的仿真及分析 -13 -4.1 整流電路的simulink仿真 -13 -4.2 對simulink仿真結(jié)果的分析 -16 -5工作展望 -16 -參考文獻(xiàn) -17 -1. 引言1.1 PWM 整流器產(chǎn)生的背景電力電子技術(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，它是使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。 電力電子 技術(shù)根據(jù)用戶對電能要求的不同， 對電能進(jìn)

9、行不同形式的變換， 實現(xiàn)電能更好的 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)和社會效益。電力電子技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了各種電能變換裝置的發(fā)展，出現(xiàn)了各種以PWM 變換為基礎(chǔ)的電力電子裝置，例如逆變電源、變頻器、超導(dǎo)儲能裝置、新 能源發(fā)電裝置、有源電力濾波器、 統(tǒng)一潮流控制器等等。 這些現(xiàn)代的電力電子裝 置中，許多都以直流電壓為輸入，或者中間級需要直流電壓。從最開始的二極管不控整流，到后來出現(xiàn)的晶閘管相控整流方式，這些整流 裝置都有共同的缺點，都會給電網(wǎng)帶來諧波危害，其功率因數(shù)也不高。 特別是諧 波對于電網(wǎng)是一種污染， 諧波會影響線路的穩(wěn)定運(yùn)行， 影響掛在電網(wǎng)中的變壓器 工作效率，損壞低壓開

10、關(guān)設(shè)備，對通信設(shè)備產(chǎn)生干擾等等 1 。為了減少諧波危害，許多學(xué)者對新型整流裝置做了大量的研究分析，為了實 現(xiàn)整流裝置輸入電壓與電流都正弦化，并且使其功率因數(shù)接近 1，學(xué)者們研制出 了高頻 PMW 整流器。高頻 PWM 整流器不僅能夠提供正弦化的輸入電流，可 控的功率因數(shù)， 而且能夠?qū)⒅绷鱾?cè)能量逆變至電網(wǎng)側(cè)， 實現(xiàn)整流器的四象限運(yùn)行。1.2 PWM 整流器的發(fā)展?fàn)顩rPWM 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 PWM 整流器。與傳統(tǒng)的整流器相比，PWM整流器不僅獲得了可控的AC/DC電能變換性能， 而且實現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)和

11、正弦電流控制，能使電能雙向傳輸。從 20 世紀(jì) 70 年代開始， PWM 技術(shù)開始應(yīng)用于采用半控功率開關(guān)器件的單 相整流電路中。從 80 年代開始，隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，可關(guān)斷功率開關(guān)器件 產(chǎn)品日趨完善，對單相 PWM 整流器有了更加深入的研究，其應(yīng)用也更加廣泛。 隨著連續(xù)及離散數(shù)學(xué)模型的提出、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多樣化、控制策略的完善、 功率半 導(dǎo)體技術(shù)以及傳感器技術(shù)的持續(xù)發(fā)展， 單相 PWM 整流器的研究發(fā)展進(jìn)入一個新 的階段。同時單相 PWM 整流器的應(yīng)用也成為一個研究熱點，如交流傳動、 UPS 電源、柔性交流電傳輸、光伏及風(fēng)能并網(wǎng)發(fā)電等，同時，這些應(yīng)用的研究對單相 PWM 整流器的研究起到促進(jìn)作

12、用。PWM 整流器數(shù)學(xué)模型的建立，是對 PWM 整流器進(jìn)行研究的基礎(chǔ)， A.W.Green 等人提出了基于坐標(biāo)變換的 PWM 整流器連續(xù)、 離散動態(tài)數(shù)學(xué)模型， 這種連續(xù)、離散模型的建立極大的擴(kuò)展了 PWM 整流器的發(fā)展，可以用數(shù)學(xué)語 言來描述 PWM 整流器的工作原理。 R.Wu 和 S.B.Dewan 等比較系統(tǒng)的建立起 了 PWM 整流器時域模型， 在此基礎(chǔ)上， Hengchun Mao 等人建立了降階小信號 模型。各種模型的建立， 大大促進(jìn)了人們對于 PWM 整流器的認(rèn)識，對 PWM 整 流器的工作特性更加清晰，大大促進(jìn)了對于 PWM 整流器的研究。在此同時新 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法得到了

13、快速的發(fā)展，并由此將 PWM 整流器的應(yīng)用拓展 到更加廣闊的領(lǐng)域， 例如風(fēng)力光伏發(fā)電技術(shù)、 有源電力濾波器、 統(tǒng)一潮流控制器、 動態(tài)電壓恢復(fù)器、直流輸電技術(shù)等等 1 。PWM 整流器非常好的工作特性，其關(guān)鍵在于對整流器輸入電流的控制。為 了使 PWM 整流器實現(xiàn)單位功率因數(shù)和輸入電流含有較小的諧波，必須控制整 流器輸入電流呈現(xiàn)正弦特性， 對于整流器的控制策略， 關(guān)鍵在于電流內(nèi)環(huán)的設(shè)計 分析。1.3 本文所研究的主要內(nèi)容對于較為復(fù)雜的 PWM 整流器的研究，本文著重在于從課程設(shè)計的角度上學(xué) 習(xí) PWM 整流原理，并能設(shè)計 PWM 整流電路及其各元器件的參數(shù)，最終用 simulink 仿真驗證所設(shè)

14、計的效果。在器件上，本文全控型器件選用 IGBT ，通過 要求計算所需選擇 IGBT 的參數(shù)，并簡單分析研究其 H 橋死區(qū)問題、損耗問題、 開關(guān)速度問題。具體地，本文主要以電動汽車的直流充電機(jī)為背景，以直流充電機(jī)的所需參 數(shù)來規(guī)范本文的基本參數(shù)，選用單相工頻交流電源 220V/50Hz 供電，輸出額定 功率達(dá)到 3KW ，直流側(cè)電壓為 400V。2. 單相電壓型PWN整流電路的工作原理單相橋式電壓型PWM整流電路，其電路如圖1所示。每個橋臂由一個全控器 件和反并聯(lián)的整流二極管組成。L為交流側(cè)附加的電感，在PWM整流電路中是一 個重要的元件，起平衡電壓、支撐無功功率和儲存能量的作用。為簡化分析，

15、可以忽略L的電阻。直流側(cè)電容C在全控型器件關(guān)斷時，為電感電流提供電流路 徑，緩沖沖擊電流，同時該電容還儲存能量，穩(wěn)定直流側(cè)電壓，抑制直流側(cè)的諧 波電壓。主要功率將消耗在負(fù)載 R上。圖1單相橋式電壓型 PWh整流電路除必須具有輸入電感外，PWM整流器的電路結(jié)構(gòu)和PWM逆變電路是相同 的。按照正弦信號波和三角波相比較的方法對圖1中的V1V4進(jìn)行SPWM控制，就可以在橋的交流輸入端ab間產(chǎn)生一個SPWM波uab。在uab中含有和正 弦信號波同頻率且幅值成比例的基波分量，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。2.1電路工作狀態(tài)分析對于單相電壓型PWM整流器而言，其交流側(cè)基波電壓控制

16、有兩種 PWM 控制方式，即雙極性調(diào)制和單極性調(diào)制。 由于雙極性控制簡單有效，本文主要講 述采用雙極性調(diào)試的工作原理。當(dāng)采用雙極性調(diào)制時，把直流側(cè)電壓看作基本不變，則交流測電壓uab(t) 將在Vdc和-Vdc間切換，以實現(xiàn)交流測電壓的 PWM控制。因此雙極型調(diào)制 時，單相電壓PWM整流過程只存在兩種開關(guān)模式， 并可用雙極性二值邏輯開關(guān) 函數(shù)p進(jìn)行描述，即1 V（VD）、gVD）導(dǎo)通1 V2（vd）、V3（vd3）導(dǎo)通兩種開關(guān)模式見表1表1單相電壓型PWM雙極性調(diào)至開關(guān)模式開關(guān)模式12導(dǎo)通器件V1（VD1）、V4（VD4）V2（VD2）、V3（VD3）開關(guān)函數(shù)p=1P= - 1需要注意的是，當(dāng)

17、網(wǎng)側(cè)電流i（t）方向不同時，同一開關(guān)模式將存在不同的電流回路。單相電壓型PWM整流電路雙極性不同開關(guān)模式時的電流回路如下圖2所示。ay圖2雙極性調(diào)制不同開關(guān)模式時的電流回路a）模式 1，且 i（t）0b）模式 2，且 i（t）0c）模式 1，且 i（t）0d）模式 2，且 i（t）0電流為正時，VD1和VD4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，V1和V4導(dǎo)通;交流電源吸收能量，直流側(cè)釋放能量， 處于能量反饋狀態(tài)。電流為正時，V2和V3導(dǎo)通，交流電源和直流側(cè)都輸出能量， L儲能；電流為負(fù)時，VD2和VD3導(dǎo)通,交流電源和直流側(cè)都吸收能量，L釋放 能量。2.2

18、PWM控制信號分析采用雙極性PWM調(diào)制方法時，單相PWM整流器的四個功率開關(guān)管通過兩 個不同的控制信號控制，圖1中開關(guān)管V1和V4同時開通或關(guān)斷，而開關(guān)管V2 和V3同時開通或關(guān)斷，其調(diào)制的 PWM控制信號如下圖3。通過雙極性SPWM調(diào)制策略，使得交流測的電壓在交流測電壓 和-Vdc間切換。Uab(t)將在 Vdc2.3 交流測電壓電流的矢量關(guān)系穩(wěn)態(tài)條件下，PWM整流電路交流側(cè)電壓、電流矢量關(guān)系如圖4所示。心)城電感特征D0(可塊亀容特征(d)緘負(fù)跟特征圖4穩(wěn)態(tài)條件下PWM整流電路交流測的電壓電流矢量關(guān)系Ul為交流測電圖中，Us為交流電網(wǎng)側(cè)電壓相量， Uab為交流測電壓相量,感電壓相量，&為交

19、流測電流相量。為簡化分析，對于PWM整流電路，只考慮基波分量，忽略諧波分量，且不計 交流側(cè)電阻。從上圖分析得：當(dāng)以交流電網(wǎng)側(cè)電壓相量為參考時，通過控制交流側(cè)電壓相量即可實現(xiàn) PWM整流電路的四象限運(yùn)行。若假設(shè)交流側(cè)電流相量I&S不變，因此撫UL wLi&S也固定不變，在此情況下，pwM整流電路交流側(cè)電壓相量 UAb 端點運(yùn)動軌跡構(gòu)成了一個以Ul為半徑的圓。當(dāng)交流側(cè)電壓相量端點位于圓軌跡 A點時，交流側(cè)電流相量將比交流電網(wǎng)側(cè) 電壓相量滯后90,此時，PWMg流電路電網(wǎng)側(cè)呈純電感特性，如圖 4(a)所示。 當(dāng)交流側(cè)電壓相量Uab端點位于圓軌跡B點時，交流側(cè)電流相量&與交流電網(wǎng)側(cè) 電壓相量Us平行且

20、同向，此時PWM整流電路電網(wǎng)側(cè)呈正電阻特性，如圖 4(b)所 示。當(dāng)交流側(cè)電壓相量 Uab端點位于圓軌跡C點時，交流側(cè)電流相量 Us比交流 電網(wǎng)側(cè)電壓相量以超前90,此時PWMK流電路電網(wǎng)側(cè)呈純電容特性，如圖4(c) 所示。當(dāng)交流側(cè)電壓相量 &B端點位于圓軌跡D點時，交流側(cè)電流相量&與交流 電網(wǎng)側(cè)電壓相量Us平行且反向，此時PWM整流電路電網(wǎng)側(cè)呈負(fù)電阻特性，如圖 4(d)所示。3. 單相電壓型PWN整流電路的設(shè)計3.1主電路系統(tǒng)設(shè)計為了結(jié)合實際情況，本設(shè)計將考慮直流側(cè)電感的電阻， 在輸出側(cè)增加一個LC濾波電路，是輸出的結(jié)果紋波更小。其電路如下圖5所示。圖5所設(shè)計單相PWM整流的主電路3.2 I

21、GBT 和二極管的選型設(shè)計此電路的輸入電壓為交流220V,輸出功率要達(dá)到3KW交流電壓的峰值為 311V,考慮到一定的裕量，IGBT的耐壓值可取600V。另外由于此PWM整流電路 為升壓boost電路，輸出的電流最大值平均10A,考慮一定的裕量，可選擇最大 電流為20A的IGBT。對于整流二極管，可根據(jù)上述電壓電流的分析，可以選擇 二極管的反向擊穿電壓為 600V,電流20A。3.3 交流側(cè)電感的選型設(shè)計在單相電壓型PWM整流器工作過程中，整流器交流側(cè)電感在電路中起著 能量傳輸?shù)淖饔茫缲?fù)著將交流側(cè)能量傳遞至直流側(cè)的任務(wù)， 交流側(cè)電感的選型 對于整流器輸入電流波形的控制起著至關(guān)重要的作用。交流

22、側(cè)電感的取值不僅影 響到電流環(huán)的動、靜態(tài)性能，而且還決定著電壓型整流器的輸出功率、功率因數(shù) 以及整流器輸出直流電壓的好壞。交流側(cè)電抗器隔離電網(wǎng)電壓與整流器交流側(cè)電 壓，通過對整流器交流側(cè)電壓的控制，實現(xiàn)PWM整流器的四象限運(yùn)行，同時濾除電壓源型整流器交流側(cè)諧波電壓，從而實現(xiàn)電壓源型整流器交流側(cè)電流正 弦，使電壓型整流器具有 Boost特性的PWM AC/DC電源，在PWM整流器 獲得良好的直流電壓同時，還可以實現(xiàn)系統(tǒng)功率因數(shù)可調(diào)，諧波電流小等特性。選型考慮因素一：整流器交流側(cè)電感壓降不能太大，一般小于電網(wǎng)額定電壓 的30%?？梢圆殚喯嚓P(guān)書籍2可得：L 0.3Usn0.3U|nwI snwF0所

23、給實際參數(shù)為USN220V，=314rad/s， P0 =3KW，帶入上述公式可得:L 15.4mH。選型考慮因素二：交流側(cè)電流在一個開關(guān)周期內(nèi)電流的最大超調(diào)量盡可能小，一般小于交流側(cè)額定基波電流峰值的1020%可以查閱相關(guān)書籍2可得:L (Udc2Jsn)Usn02 2偵所給實際參數(shù)為UsN220V， fs 10KHz，P=3KW, Udc 400V 帶入上述公式 可得：L 9.22mH。所以選擇的交流側(cè)電感的值9.22mH L 15.4mH ,此處選擇中間值L 12mH。如果根據(jù)以上約束條件計算出的電感取值存在矛盾時，表示電感選型限制條 件過于苛刻，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際情況放寬條件，然后再重新計算

24、。總之，電感較大時， 對于整流器輸入電流波形控制會有好處，但是同樣會帶來動態(tài)響應(yīng)慢的缺點。 電感較小時，整流器輸入電流動態(tài)響應(yīng)快， 但是不利于電流波形的控制。所以在實 際設(shè)計電感時，綜合考慮上述各因素，可以將整流器輸入電感設(shè)計稍微大一點， 便于對整流器輸入電流的控制。3.4直流側(cè)電容的選型設(shè)計直流側(cè)支撐電容的主要作用是當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時，為電感電流提供電流路徑， 緩沖沖擊電流，同時該電容還儲存能量， 穩(wěn)定直流側(cè)電壓，抑制直流側(cè)的諧波電 壓。直流電容的選擇是單相電壓型 PWM整流器功率電路中的重要環(huán)節(jié)，選擇 是否合適直接影響系統(tǒng)的輸出特性及系統(tǒng)工作的安全性。在單相電壓型PWM整流器中，引起電容電壓波

25、動的原因在于負(fù)載變化引起的瞬態(tài)過程中輸入及輸出的功率不平衡。 特別是當(dāng)整流器的工作模式是能量最 大功率由交流側(cè)流向直流側(cè)，到能量最大功率由直流側(cè)流向交流側(cè)時刻 （或者相 反的工作狀態(tài)）。此時輸入輸出功率偏差最大，瞬態(tài)過程最長，并且瞬態(tài)過程引 起的能量偏差將全部積累在直流母線支撐電容上面，這將引起直流電容上較大的 電壓波動。由能量守恒定律，交流側(cè)開關(guān)頻率次電流脈動能量變化最大值等于直 流支撐電容上能量脈動最大值?？捎上嚓P(guān)文獻(xiàn) 可得，在選擇直流母線支撐電容 的時候，為了減小直流側(cè)電壓紋波，選擇直流電容標(biāo)準(zhǔn)為:Llflsr2U dcU dcr所給實際參數(shù)為Udc 400V，L 12mH， ls為交流

26、測輸入的電流值，取3000/220=13.6A,怯為交流側(cè)輸入電流的紋波系數(shù)，取10%, U dcr為直流側(cè)輸出電壓的紋波系數(shù)，取2%。帶入上述公式可得：C 139uF，為了使輸出直流成分更大，此處可取大于10 倍，即取 C 1600UF。3.5 直流側(cè)LC濾波電路的設(shè)計分析整流器工作在單位功率因數(shù)，忽略整流器損耗。從電網(wǎng)提供的瞬時功率可以看到，整流器輸入功率包含恒定的直流分量和2倍電源頻率脈動的交流分量。如果直流側(cè)瞬時功率存在 2倍于電網(wǎng)頻率的交流分量，此 2倍于電網(wǎng)頻率 的交流分量會在直流母線支撐電容上產(chǎn)生2倍于電網(wǎng)頻率的交流電壓，即直流母線支撐電容上的電壓是一個直流電壓疊加一個2倍于電網(wǎng)

27、頻率的交流電壓。如果在直流支撐電容兩端并聯(lián)一個諧振頻率為2倍電網(wǎng)頻率的LC濾波器,使得2倍頻交流電流分量流過該諧振濾波器，使得流入直流母線支撐電容的電 流僅僅是直流分量，那么直流母線電壓必然是穩(wěn)定的直流電壓。因此，為了使 單相電壓型PWM整流器輸出電壓僅為穩(wěn)定的直流電壓，需要在直流母線電容 兩端并聯(lián)諧振頻率為2倍于電網(wǎng)頻率的LC諧振濾波器。在實際問題中，設(shè)計直流側(cè) LC諧振電路時，主要考慮以下兩個方面的問題：（1）LC諧振濾波器的諧振頻率是 2倍于交流側(cè)輸入電壓頻率。（2）將電容C取得稍微大一點。諧振頻率為：f4. 單相PWK整流電路的仿真及分析4.1 整流電路的simulink仿真運(yùn)用mat

28、lab/simulink對此單相PWM電壓型整流電路進(jìn)行仿真，可由上述參 數(shù)選擇公式計算出參數(shù)，其仿真參數(shù)如下：單相交流電壓220V整流器輸入側(cè)電感12mH整流器輸入側(cè)電阻0.1 Q直流側(cè)電容1600uF直流側(cè)負(fù)載電阻50 Q直流側(cè)負(fù)載電阻400VIGBT開關(guān)頻率10kHz輸出功率3KW仿真電路控制信號方式采用直接電流控制，仿真電路圖如圖6所示。圖6單相電壓型 PWM整流電路仿真通過電壓和電流反饋，然后再與三角載波做比較，得到兩組互補(bǔ)的 PWM控 制信號，去控制IGBT的通斷，已達(dá)到最后輸出電壓維持在 400V附近。仿真后 的輸出電壓波形如下圖7所示，可以看出在0.02秒之前上升的非?？欤缶蛨D7單相電壓型 PWM整流輸岀的電壓波形直流側(cè)電壓穩(wěn)定時輸出直流電壓波形的效果，可見輸出直流側(cè)電壓波形較理 想,與理論分析的基本一致。下圖7為單相電壓型PWM整流輸入電壓電流波形, 從中可以看出兩者之間的關(guān)系。圖8單相電壓型 PWM整流輸入電壓電流波形經(jīng)過PWM整流器后，穩(wěn)定時輸入電流與輸入電壓基本同相位，在同時取得 最大值和最小值。出仿真電路穩(wěn)定運(yùn)行后交流側(cè)電流為規(guī)則正弦波且與交流側(cè)電 壓同相位。這樣，輸入效率也就提高了，經(jīng)這種方式整流，其功率因數(shù)可以無限 接近于1對電網(wǎng)的諧波干擾很小。對于控制信號PWM，四個IGBT的觸發(fā)信號如下圖9所示，其中V