湖南大學(xué)現(xiàn)代電力電子技術(shù)(第6章)

現(xiàn)代電力電子技術(shù)湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院第6章PWM整流器

6.1PWM整流器概述6.2電壓型單相單管PWM整流電路6.3電壓型橋式PWM整流電路6.4三相電壓型PWM整流器6.5電流型PWM整流器6.1PWM整流器概述

一、傳統(tǒng)整流電路存在的問題由于交流電能大多數(shù)來自公共電網(wǎng)，因而整流電路是公共電網(wǎng)與電力電子裝置的接口電路，其性能將影響電網(wǎng)的運(yùn)行和電能質(zhì)量。在傳統(tǒng)整流電路中，交流輸入電壓為正弦波，而輸入電流卻是非正弦波。如目前應(yīng)用于微機(jī)和家電的小容量開關(guān)電源普遍采用不控整流加電容濾波的方案，只有整流橋輸出電壓高于電容電壓時(shí)，才會有輸入電流，交流輸入電流非正弦。而相控電路受觸發(fā)角的作用，交流輸入電流一般也是非正弦的。6.1PWM整流器概述

傳統(tǒng)的相控整流器雖然應(yīng)用時(shí)間較長，技術(shù)也較成熟，且被廣泛使用，但仍然存在很多問題: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)動態(tài)響應(yīng)相對較慢。二極管整流器改善了整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，但仍會產(chǎn)生網(wǎng)側(cè)諧波電流；它的不足還在于其直流電壓的不可控性。6.1PWM整流器概述

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。對交流電源側(cè)，通過適當(dāng)控制，可以使電網(wǎng)電流波形接近于正弦，且和輸入電壓同相位，電網(wǎng)功率因數(shù)接近于1，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)，最大程度地提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，減少電網(wǎng)對周圍環(huán)境的電磁污染；對直流側(cè)，在電網(wǎng)電壓或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，能夠維持直流中間電壓的穩(wěn)定，給電源側(cè)逆變器提供良好的工作條件；可以實(shí)現(xiàn)牽引與再生制動工況間快速平滑地轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電能雙向傳輸；動態(tài)控制響應(yīng)較快。二、PWM整流器的優(yōu)勢6.1PWM整流器概述

三、PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)按主電路結(jié)構(gòu)電壓源型(VSR)電流源型(ISR)直流脈動小，輸入電流連續(xù)且簡單易行，成為當(dāng)今主要研究對象。從輸出電平角度三電平型整流器兩電平型整流器單相半橋單相全橋三相半橋三相全橋應(yīng)用于大功率場合6.1PWM整流器概述

四、PWM整流器的應(yīng)用

交流電力傳動交流傳動電力機(jī)車四象限運(yùn)行變頻器6.1PWM整流器概述

有源電子負(fù)載

直流電源的出廠實(shí)驗(yàn)、老化實(shí)驗(yàn)、輸出特性實(shí)驗(yàn)等；以前：電阻能耗放電（耗能、散熱問題、占用場地）現(xiàn)在：有源電子負(fù)載（模擬功率負(fù)載，將待試設(shè)備的輸出能量反饋到電網(wǎng)，節(jié)約能源）

6.1PWM整流器概述

有源電力濾波器用于電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償?shù)?。用于鐵路牽引供電系統(tǒng)中的三相/單相變換。6.1PWM整流器概述

可再生能源與電網(wǎng)間的互聯(lián)可再生能源（風(fēng)能、太陽能、潮汐發(fā)電、水力發(fā)電等）不可控，不能直接并入電網(wǎng)。太陽能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)6.1PWM整流器概述

6.1PWM整流器概述

電力儲能系統(tǒng)超導(dǎo)線圈儲能蓄電池儲能電容儲能6.2電壓型單相單管PWM整流電路

在不控整流電路中，輸入電流呈尖脈沖形式，電流波形的畸變致使功率因數(shù)降低，大約為0.6～0.7。目前采用的功率因數(shù)校正方法主要為無源校正和有源校正。無源校正網(wǎng)絡(luò)由電容、電感、電力二極管等無源器件組成，主要是通過提高整流導(dǎo)通角的方法來減小高次諧波。該方法控制簡單，成本低，可靠性高，但體積龐大，且難以得到很高的功率因數(shù)。而有源功率因數(shù)技術(shù)可以得到很高的功率因數(shù)，已廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源，交流不間斷電源等領(lǐng)域。有源功率因數(shù)校正（ActivePowerFactorCorrection－APFC）的控制策略按照輸入電感電流是否連續(xù)，分為電流連續(xù)模式（CCM）和電流斷續(xù)模式（DCM），交流輸入電壓經(jīng)二極管橋式不控整流后，再經(jīng)過DC／DC變換，通過相應(yīng)的控制使輸入電流平均值自動跟隨整流電壓基準(zhǔn)值，可獲得較高的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，并保持輸出電壓穩(wěn)定。APFC電路有兩個(gè)反饋控制環(huán)：輸入電流環(huán)使DC／DC變換器輸入電流為全波整流波形，并且與全波整流電壓波形相位相同；輸出電壓環(huán)DC／DC變換器使輸出端為一個(gè)直流穩(wěn)壓源，達(dá)到直流電源的穩(wěn)壓效果。

6.2電壓型單相單管PWM整流電路

一、電路拓?fù)湓O(shè)交流輸入電壓uS=USmsinωt，則不控整流橋輸出電壓ud=|uS|=USm|sinωt|。當(dāng)VF導(dǎo)通時(shí)，ud通過VF和R5對L儲能，C放電維持負(fù)載電壓uo，假定輸出電容C足夠大，則負(fù)載電壓uo近似為一恒定的值Uo。R5為大功率低阻值的高精度取樣電阻，用于檢測輸入電流，忽略其電壓降，則在VF導(dǎo)通期間，diL/dt＞0，iL上升；在VF關(guān)斷期間，diL/dt＜0，iL下降。6.2電壓型單相單管PWM整流電路

二、工作原理6.2電壓型單相單管PWM整流電路

三、電流連續(xù)模式CCM模式

載波頻率fC足夠高，保證電感電流iL連續(xù)，則udD=(uo-ud)(1-D)式中D為VF導(dǎo)通占空比，則(1-D)為二極管VD0的導(dǎo)通占空比，設(shè)為D0，可推導(dǎo)D0=ud/uo=USm|sinωt|/Uo在BoostAPFC條件下，D0必須按正弦絕對值變化，為此控制電路采用SPWM方式，圖a為調(diào)制信號波形：ugr=Ugm|sinωt|，圖b為對應(yīng)的VF柵極驅(qū)動電壓ug的波形，由于是通過調(diào)制VF來實(shí)現(xiàn)VD0導(dǎo)通占空比正弦化，故ug是在uc＞ugr時(shí)有輸出波形。含BoostAPFC的PWM整流電路在CCM模式下的工作波形6.2電壓型單相單管PWM整流電路

在控制電路中設(shè)置按正弦絕對值規(guī)律變化，并且與電路輸入電壓uS同相位的給定電流iref，并使電感電流iL圍繞iref升降，則iL近似地按正弦絕對值脈動，圖5-32c為VF的漏源極電壓uVF的波形，當(dāng)uVF=Uo時(shí)，VF處于關(guān)斷狀態(tài)，電感L釋放能量，iL下降；當(dāng)uVF=0時(shí)，VF處于導(dǎo)通狀態(tài)，電感L儲存能量，iL上升。而由于iL=|iS|，可知輸入電流iS近似于正弦波，且與uS同相位，如圖d所示。含BoostAPFC的PWM整流電路在CCM模式下的工作波形6.2電壓型單相單管PWM整流電路

四、電流斷續(xù)模式（DCM模式）與CCM模式相比，采用DCM控制模式具有輸入電流自動跟蹤電壓，控制簡單；開關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電流開通且不承受二極管的反向恢復(fù)電流等優(yōu)點(diǎn)，但也存在電流峰值高，器件承受較大應(yīng)力的缺點(diǎn)，適用于功率較小的場合。含BoostAPFC的PWM整流電路在DCM模式下的工作波形6.2電壓型單相單管PWM整流電路

五、輸出穩(wěn)壓控制方式

按照上述工作原理，控制電路應(yīng)能進(jìn)行電流跟蹤以保證輸入電流正弦化，同時(shí)要能實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓uo的調(diào)節(jié)。電路中輸出電壓uo經(jīng)R3、R4取樣，作為電壓調(diào)節(jié)器的反相輸入，并經(jīng)誤差放大器放大后，與整流輸出電壓R1、R2取樣后的信號相乘后作為電流調(diào)節(jié)器的給定值，該給定值幅值可調(diào)，波形按正弦絕對值隨時(shí)間變化，且與整流后的電壓波形ud同相位。6.2電壓型單相單管PWM整流電路

主回路中的R5兩端電壓ui反映的是電流信號，作為反饋信號連接到電流調(diào)節(jié)器的反相輸入，電流調(diào)節(jié)器對差值進(jìn)行PI運(yùn)算后，形成調(diào)制信號連接到SPWM比較器的反相輸入，SPWM比較器的同相輸入連接高頻載波信號uc，其輸出通過驅(qū)動電路放大后用來驅(qū)動VF。當(dāng)由于負(fù)載變化或輸入電壓變化導(dǎo)致輸出電壓uo偏離給定值時(shí)，如uo高于給定值時(shí)，電壓誤差放大器的輸出下降，導(dǎo)致乘法器輸出的基準(zhǔn)電流下降，則電流調(diào)節(jié)器的輸出減小，導(dǎo)致占空比D縮短，VF導(dǎo)通時(shí)間縮短，從而使輸出電壓uo下降，實(shí)現(xiàn)直流輸出的自動穩(wěn)壓。

6.3電壓型橋式PWM整流電路

根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)和要求，PWM整流電路可工作于單象限也可工作于多象限。上面介紹的APFC整流電路屬于單象限電路，其電能流傳方向只從電網(wǎng)到負(fù)載；而下面介紹的多象限電路（含電流或電壓雙象限）是雙向電路，即電能可在電網(wǎng)與負(fù)載間雙向流動。電壓型單相橋式PWM整流電路最早用于交流機(jī)車傳動系統(tǒng)，為間接式變頻電源提供直流中間環(huán)節(jié)，由于它能使網(wǎng)側(cè)電流接近正弦波，保持網(wǎng)側(cè)基波功率因數(shù)為1，因而可顯著提高電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。6.3電壓型橋式PWM整流電路

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、支撐無功功率和儲存能量的作用。除必須具有輸入電感外，PWM整流器的電路結(jié)構(gòu)和逆變器是一樣的。一、電路拓?fù)?-6.3電壓型橋式PWM整流電路

電容Cd：保證輸出電壓的恒定交流側(cè)電感LN是電路必須的。它包括外接電感與變壓器漏感主電路交流側(cè)的電阻R，包括電感電阻和交流電源內(nèi)阻。當(dāng)輸入側(cè)的交流電壓uN（t）與電流iN（t）均為正弦時(shí)：直流輸出與交流輸入功率的瞬時(shí)值應(yīng)當(dāng)相等：6.3電壓型橋式PWM整流電路

可見，直流電流id將以2倍網(wǎng)頻脈動。要得到恒定的輸出電壓應(yīng)當(dāng)在脈沖整流器與負(fù)載間接一個(gè)由電感電容組成的二次諧波濾波器以平衡以2倍網(wǎng)頻脈動的能量，即電路中L2C2支路。T1—T4按SPWM方式進(jìn)行控制。控制正弦信號的頻率與電網(wǎng)頻率相同。在脈沖整流器交流側(cè)產(chǎn)生的交流電壓uS(t)的基波與電網(wǎng)電壓同頻率，其幅值和與網(wǎng)壓的相位可控。電感LN抑制uS(t)中的高次諧波電壓所產(chǎn)生的諧波電流。因此iN(t)也是與電網(wǎng)同頻率的正弦量6.3電壓型橋式PWM整流電路

二、電路的工作模式與能量關(guān)系模式1：S1S3導(dǎo)通信號電路方程是：+-iN為正時(shí)，D1和D3導(dǎo)通，交流側(cè)輸出能量，直流側(cè)吸取能量，處于整流狀態(tài)，iN減小，LN釋放能量iN為負(fù)時(shí)，T1和T3導(dǎo)通，交流側(cè)吸收能量，直流側(cè)釋放能量，處于能量反饋狀態(tài)，iN增大，LN儲能6.3電壓型橋式PWM整流電路

模式2：S2S4導(dǎo)通信號電路方程+-iN為正時(shí)，T2和T4導(dǎo)通，交流側(cè)與直流側(cè)均輸出能量，iN增大，LN儲能iN為負(fù)時(shí)，D2和D4導(dǎo)通，交流側(cè)與直流側(cè)均吸收能量，iN減小，LN放能。6.3電壓型橋式PWM整流電路

模式3：S1S2導(dǎo)通信號電路方程是+-直流側(cè)與交流側(cè)無能量交換，交流電源被短接iN為正時(shí)，D1和T2導(dǎo)通，iN增大，LN儲能。iN為負(fù)時(shí)，D2和T1導(dǎo)通，iN減小，LN放能。6.3電壓型橋式PWM整流電路

模式4：S3S4導(dǎo)通信號電路方程+-直流側(cè)與交流側(cè)無能量交換，交流電源被短接iN為正時(shí)，D4和T3導(dǎo)通，iN增大，LN儲能。iN為負(fù)時(shí)，D3和T4導(dǎo)通，iN減小，LN放能。6.3電壓型橋式PWM整流電路

主開關(guān)的控制信號產(chǎn)生：三、電路的工作過程uXuYuN6.3電壓型橋式PWM整流電路

+-+-T1T2全為斷信號，電壓、電流為正，所以T4D3導(dǎo)通，uN給LN儲能。D1on，D3on，uN

和LN給直流側(cè)供能D1on，T2on，uN

給LN供能。uN、LN與開關(guān)組成了“升壓斬波器”T4、D3、D1、LN與uN組成了一個(gè)升壓斬波器；D1、T2、D3、LN與uN組成了另一個(gè)升壓斬波器。uN>06.3電壓型橋式PWM整流電路

+-+-在uN＜0時(shí)也有兩個(gè)等效的升壓斬波器uN<06.3電壓型橋式PWM整流電路

以uN＞0時(shí)，T4、D3、D1、LN與uN組成的升壓斬波器的工作為例，當(dāng)T4導(dǎo)通時(shí)，uS經(jīng)T4、D3被短路，電感中的電流增大，電感儲能。當(dāng)T4關(guān)斷時(shí)，電感儲能經(jīng)D3、D1向直流側(cè)電容充電。若流入電容的能量大于流出的能量，直流電壓就要升高；反之就要降低。正確地控制開關(guān)的占空比，就能保持直流電壓達(dá)到所要求的值并保持恒定。

為了為使PWM整流器能夠正確工作，必須使直流電壓值大于交流電源電壓的幅值。6.3電壓型橋式PWM整流電路

四、單相脈沖整流器的控制

從交流輸入側(cè)看，PWM整流器主電路可以簡化為圖示的等效電路。于是有如下的相量方程：等效電路整流時(shí)矢量圖逆變時(shí)矢量圖6.3電壓型橋式PWM整流電路

由矢量圖知，當(dāng)uN不變時(shí)，iN的幅值與相位完全由逆變器產(chǎn)生的uS的幅值及其與uN的相位來決定。控制uN、uS間的相位角和uS的幅值，就能夠控制交流側(cè)的電流iN的大小和相位?？梢詫?shí)現(xiàn)iN與uN同相、反相、超前、滯后。即通過控制，既可以使PWM整流器在功率因數(shù)為1的條件下整流或逆變運(yùn)行；也可以使它成為一個(gè)等效的電容或電感，向交流電路送出無功功率。

兩種控制策略：直接電流控制和間接電流控制，又稱相位幅值控制6.3電壓型橋式PWM整流電路

(1)間接電流控制（按矢量圖示關(guān)系控制）電阻、電感上的電壓與網(wǎng)壓相加（減），構(gòu)成逆變器的控制信號。直流控制環(huán)節(jié)保證了直流電壓的恒定。如果直流電壓低于給定，則輸入電流增大，輸入功率增大，直流電壓增高。反之則降低PIRSXLPWM4QC6.3電壓型橋式PWM整流電路

(2)直接電流控制引入交流電流反饋、直接控制交流電流使其跟蹤指令電流值。PIRS4QCPI比較三角波直流恒壓控制與上相同。它采用電流跟蹤方式以確保網(wǎng)壓與網(wǎng)泫的同相位。為方便濾波器的設(shè)計(jì)，電流跟蹤采用了PWM方式6.3電壓型橋式PWM整流電路

兩種控制方案的優(yōu)缺點(diǎn)：間接電流控制的主要優(yōu)點(diǎn)：不需要電流互感器，控制成本低，電路簡單，易實(shí)現(xiàn)，靜態(tài)特性好，且控制原理清楚。主要缺點(diǎn)是：（1）自身無限流功能（無電流環(huán)），需加過流保護(hù)電路（2）系統(tǒng)從一種穩(wěn)態(tài)向另一穩(wěn)態(tài)過渡時(shí)電流中會出現(xiàn)直流分量（3）系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)慢。6.4三相電壓型PWM整流電路

電容Cd：保證輸出電壓的恒定。交流側(cè)電感LN是電路必須的。它包括外接電感與變壓器漏感，為升壓電感一、電路結(jié)構(gòu)+-與單相不同電路中不需要二次濾波支路。設(shè)三相電流與三相電壓同相，波形完全正弦，直流側(cè)電壓平直。輸入與輸出的電功率平衡，有：6.4三相電壓型PWM整流電路

可見直流側(cè)的電流是常數(shù)，不需要二次諧波濾波器三相脈沖整流電路的工作模式分析電路的分析比較復(fù)雜，需要將開關(guān)狀態(tài)、三相電流結(jié)合起來，(與逆變電路分析相同)設(shè)相電流與相電壓同相，均為正弦6.4三相電壓型PWM整流電路

二、工作原理調(diào)制信號關(guān)系與單相橋式PWM整流電路相比，三相橋式PWM整流電路，應(yīng)用更為廣泛。其工作原理與單相橋式PWM整流電路相似，差異在于對于單相橋式PWM整流電路，是對兩相橋臂施加幅值、頻率相等，相位相差180°的正弦波調(diào)制信號，而三相橋式PWM整流電路需對三相橋臂施加幅值、頻率相等，相位相差120°的正弦波調(diào)制信號。6.4三相電壓型PWM整流電路

二、工作原理調(diào)制信號關(guān)系2431abc6.4三相電壓型PWM整流電路

+區(qū)域1：T1、T3、T5有信號，ia、ic為正，ib為負(fù)D1、D5、T3導(dǎo)通。三相電壓作用在三相電感上，電流增加，電感儲能區(qū)域2：T1、T6、T5有信號，ia、ic為正，ib為負(fù)+-D1、D5、D6導(dǎo)通。三相電源發(fā)出電能，電流減小，電感釋放儲能6.4三相電壓型PWM整流電路

區(qū)域3：T1、T6、T2有信號，從ia、ic為正及ib為負(fù)變到ia為正、ib和ic為負(fù)。bc兩相間短路環(huán)流+-+-6.4三相電壓型PWM整流電路

區(qū)域4：T4、T6、T2有信號，ia為正、ic、ib為負(fù)。-按上述方法可分析出各個(gè)區(qū)域中器件的通斷狀態(tài)并確定能量的流動方向該電路中工作模式是：非零狀態(tài)下的三個(gè)二極管導(dǎo)通模式非零狀態(tài)下的二個(gè)二極管一個(gè)開關(guān)導(dǎo)通模式零狀態(tài)下的二個(gè)二極管一個(gè)開關(guān)導(dǎo)通模式模式工作模式與電流方向(例如再生時(shí))有關(guān)6.4三相電壓型PWM整流電路

電壓型單相橋式PWM整流電路整流運(yùn)行，功率因數(shù)λ=1時(shí)的工作波形工作狀態(tài)6.4三相電壓型PWM整流電路

由于每相橋臂有兩種開關(guān)模式，即上橋臂導(dǎo)通或下橋臂導(dǎo)通，故三相橋式PWM整流電路共有23=8種開關(guān)模式，用1表示上橋臂功率管或反并聯(lián)的二極管導(dǎo)通，0表示下橋臂功率管或反并聯(lián)的二極管導(dǎo)通，則三相橋式PWM整流電路的開關(guān)模式如表所示。開關(guān)模式開關(guān)模式12345678導(dǎo)通器件V1或VD1V6或VD6V2或VD2V4或VD4V3或VD3V2或VD2V1或VD1V3或VD3V2或VD2V4或VD4V6或VD6V5或VD5V1或VD1V6或VD6V5或VD5V4或VD4V3或VD3V5或VD5V1或VD1V3或VD3V5或VD5V4或VD4V6或VD6V2或VD2開關(guān)函數(shù)0010100111001011101110006.4三相電壓型PWM整流電路

三相橋式PWM整流電路的運(yùn)行方式較單相橋式PWM整流電路復(fù)雜，圖為三相網(wǎng)側(cè)電流ia>0、ib<0、ic>0時(shí)對應(yīng)的8種開關(guān)模式的運(yùn)行方式。1）模式1：VD1、VD6和V2導(dǎo)通，電網(wǎng)通過VD1和VD6向負(fù)載供電；橋側(cè)線電壓ubc=0，bc兩相沿Lb和Lc短路并按圖示的電流方向流過內(nèi)部環(huán)流。6.4三相電壓型PWM整流電路

2）模式2：V4、V3和V2導(dǎo)通，直流側(cè)電容C通過V3、V4和V2向電網(wǎng)輸出能量。6.4三相電壓型PWM整流電路

3）模式3：VD1、V3和V2導(dǎo)通，直流側(cè)電容C通過V3、V2向電網(wǎng)輸出能量；橋側(cè)線電壓uab=0，ab兩相沿La和Lb短路并按圖示的電流方向流過內(nèi)部環(huán)流。6.4三相電壓型PWM整流電路

4）模式4：V4、VD6和VD5導(dǎo)通，電網(wǎng)通過VD5和VD6向負(fù)載供電；橋側(cè)線電壓uab=0，ab兩相沿La和Lb短路并按圖示的電流方向流過內(nèi)部環(huán)流。6.4三相電壓型PWM整流電路

5）模式5：VD1、VD6和VD5導(dǎo)通，電網(wǎng)通過VD1、VD5和VD6向負(fù)載供電。6.4三相電壓型PWM整流電路

6）模式6：V4、V3和VD5導(dǎo)通，直流側(cè)電容C通過V3、V4向電網(wǎng)輸出能量；橋側(cè)線電壓ubc=0，bc兩相沿Lb和Lc短路并按圖示的電流方向流過內(nèi)部環(huán)流。6.4三相電壓型PWM整流電路

7）模式7：VD1、V3和VD5導(dǎo)通，各相電網(wǎng)電壓經(jīng)輸入電感通過每相上橋臂短路，uab=ubc=uca=0，La、Lb和Lc按圖示的電流方向流過內(nèi)部環(huán)流；整流橋與負(fù)載脫離，負(fù)載電流由C放電來維持。6.4三相電壓型PWM整流電路

8）模式8：V4、VD6和V2導(dǎo)通，各相電網(wǎng)電壓經(jīng)輸入電感通過每相下橋臂短路，uab=ubc=uca=0，La、Lb和Lc按圖示的電流方向流過內(nèi)部環(huán)流；整流橋與負(fù)載脫離，負(fù)載電流由C放電來維持。6.4三相電壓型PWM整流電路

三相橋式PWM整流電路的運(yùn)行方式（ia>0、ib<0、ic>0）a)模式1（001）b)模式2（010）c)模式3（011）d)模式4（100）e)模式5（101）f)模式6（110）g)模式7（111）h)模式8（000）6.4三相電壓型PWM整流電路

三相電壓型PWM整流電路的控制被控量Ud：要求Ud基本保持恒定iN：要求iN與uN保持同相或反相控制方法直接電流控制：引入交流電流反饋間接電流控制：沒有引入交流電流反饋6.4三相電壓型PWM整流電路

間接電流控制它在控制系統(tǒng)中沒有引入電流閉環(huán)，而是根據(jù)電路阻抗特性，用數(shù)學(xué)的方法代替電流閉環(huán)作用。盡管它動態(tài)響應(yīng)稍慢，還存在瞬態(tài)直流電流偏移，但具有簡單的控制結(jié)構(gòu)和良好的開關(guān)特性，便于微機(jī)實(shí)現(xiàn)，而且可靠性高。另外還可省去兩個(gè)高精度電流傳感器。適用于對動態(tài)響應(yīng)要求不高場合，具有良好的工程實(shí)用價(jià)值。6.4三相電壓型PWM整流電路

直接電流控制電流滯環(huán)控制固定開關(guān)頻率控制電流矢量控制狀態(tài)反饋控制無差拍控制極點(diǎn)配置法二次型最優(yōu)控制

Lyapunov方法非線性狀態(tài)反饋控制……共同特點(diǎn):有電流閉環(huán)，都具有不錯(cuò)的動、靜態(tài)性能。不過這些方案都需要兩個(gè)寬帶的交流電流傳感器，有的方案甚至還需要負(fù)載電流傳感器。6.4三相電壓型PWM整流電路

滯環(huán)電流控制是基于瞬時(shí)電流反饋的一種常用的非線性控制方式，將實(shí)測的三相電流與參考信號比較，然后根據(jù)比較器的輸出決定開關(guān)的狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn):電流跟蹤精度高，響應(yīng)快。缺點(diǎn):開關(guān)頻率不恒定。開關(guān)頻率的變化會給驅(qū)動保護(hù)電路以及主電路的設(shè)計(jì)帶來困難，對系統(tǒng)性能也有影響。

6.4三相電壓型PWM整流電路

電流矢量控制電流矢量控制可以直接控制系統(tǒng)的有功功率和無功功率，它的核心思想是對三相VSR網(wǎng)側(cè)電流的有功、無功分量進(jìn)行獨(dú)立控制。

這種控制方法電流控制精度較高，不僅在穩(wěn)態(tài)時(shí)能夠精確地跟蹤電流指令，實(shí)現(xiàn)無靜差，并且動態(tài)性能也較好。但其控制算法比較復(fù)雜。6.4三相電壓型PWM整流電路

坐標(biāo)變換6.4三相電壓型PWM整流電路

6.4三相電壓型PWM整流電路

6.4三相電壓型PWM整流電路

PWM整流器主電路參數(shù)選擇交流側(cè)電感的選擇

電感上壓降盡可能小,一般不大于電源額定電壓的30%交流側(cè)電流總畸變率THD盡可能小，一般要求低于5%在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)交流側(cè)電流的最大超調(diào)量盡可能小，一般要求小于交流側(cè)額定電流峰值的10%滿足瞬態(tài)電流跟蹤要求6.4三相電壓型PWM整流電路

直流側(cè)電容的選擇

直流側(cè)電容的大小既關(guān)系到整流器的成本，更關(guān)系到在各種擾動下直流母線電壓的穩(wěn)定性，進(jìn)而關(guān)系到PWM整流器的抗負(fù)載擾動性能?？砂吹湫?型系統(tǒng)設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器，同時(shí)根據(jù)udc的最大動態(tài)降落允許值決定C的下限值。6.4三相電壓型PWM整流電路

直流電壓的選擇

對三相VSR，當(dāng)交流側(cè)線電壓uab>0時(shí)，其電路結(jié)構(gòu)可等效為要保證整流器輸入端線電壓不含有與PWM開關(guān)頻率無關(guān)的低次諧波，直流電壓udc必須不小于交流側(cè)線電壓基波uab的最大峰值。設(shè)交流側(cè)相電壓的有效值為Up，則有

|Up|≤udc

6.4三相電壓型PWM整流電路

三相電壓型PWM整流器建模定義開關(guān)函數(shù)：

6.4三相電壓型PWM整流電路

由于

因此有：6.4三相電壓型PWM整流電路

6.4三相電壓型PWM整流電路

三相電壓型PWM整流器閉環(huán)控制6.4三相電壓型PWM整流電路

6.4三相電壓型PWM整流電路

解耦模型的建立

根據(jù)三相PWM整流器的dq坐標(biāo)方程式有：

用指令電壓的形式表示：利用狀態(tài)反饋和輸入前饋可實(shí)現(xiàn)對d、q軸電流的完全解耦控制，引入了電流（和）的狀態(tài)反饋和電網(wǎng)電壓（）的前饋補(bǔ)償6.4三相電壓型PWM整流電路

6.5三相電流型PWM整流電路

三相電流型PWM整流電路如圖所示，由于PowerMOSFET和大多數(shù)IGBT內(nèi)部漏極（集電極）和源極（發(fā)射極）間有反并聯(lián)的二極管，為了防止電流反向流動，在功率開關(guān)管V1～V6的漏極（集電極）串接了整流二極管VD1～VD6。顯然，這種整流電路不能實(shí)現(xiàn)電流回饋，但通過控制L1的電流變化可使得直流側(cè)電壓ud按交流形式變化，同樣可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動。因?yàn)檎髌髦绷鬏敵鲂枰艽蟮钠讲娍?，裝置體積較大，電流型PW