单相电压型PWM整流器波形分析.doc

单相电压型整流器波形分析对于单相VSR而言，其交流侧基波电压控制有两种PWM的调制方式，即双极性调制和单极性调制。以下将根据双极性的调制方式，分析单相电压型PWM整流器（如图1所示）。图1 单相电压型PWM整流器基于matlab的波形分析及仿真结果将图1的单相电压型PWM整流器在matlab中建立仿真模型如下图所示：图2单相电压型PWM整流电路仿真模型系统仿真参数如下:交流侧电网电压220V,工频直流侧电阻RL=10。主电路储能元件参数为L=3 Mh,C=143F。PI参数Ki=2.3,i=128。图3 控制信号的时序分布（1） 交流侧电压v(t)若单相VSR直流侧电容足够大，则在PWM过程中可近似认为其直流侧电压为一定值，即vdc(t)Vdc。这样当采用双极性调制时，单相VSR交流侧电压v(t)波形为幅值在Vdc、-Vdc间切换的PWM波形。第k周期中v(t)波形如图4所示。图4 交流测电压波形（2） 电感端电压vL(t) 单相vsr网侧电感端电压vL(t)等于电网电动势e(t)与其交流侧电压v(t)之差，即vL(t)e(t)v(t)。若令e(t)Emsint，且当开关频率远高于电网基波频率时，第k个开关周期中e(t)可近似为一常值，即e(t) e(kTs)=EmsinkTs。其中，kTs t (k+1)Ts。如图5所示。图5 电感电压波形（3） 网侧电流i(t) 若忽略单相VSR网侧电阻，则网侧电流i(t)为：i(t)=1/LvL(t)dt=1/Le(t)v(t)dt得第个开关周期网侧电流表达式为：i(t)=1/L(EmsinkTs-Vdc)t+i(t=0) (0tton)；i(t)=1L(EmsinkTs+Vdc)t+i(t=0) (0tEm) 由于采用双极性PWM控制，第k个开关周期中的PWM占空比Dk(2ton-Ts )/ Ts；得：ikm=Ts (Vdc-EmsinkTs) (1+Dk) / 2L网侧电流i(t)波形如图6所示。图6 网侧电流波形（4） 直流侧电流idc(t)对单相VSR主电路拓扑结构，当采用双极性PWM控制时，其VSR直流侧电流idc(t)与网侧电流i(t)间的关系为idc(t)=i(t)；式中双极性二值逻辑开关函数。显然，VSR直流侧电流idc(t)是对VSR网侧电流i(t)调制的结果。当开关频率与网侧电感取值足够大时，可忽略VSR网侧谐波电流。若单相VSR运行于单位功率因数整流状态时，其网侧电流可近似描述为i(t) Imsint式中Im网侧电流基波峰值。idc(t)波形如图7所示。图7 直流侧电流波形（5） 直流侧电压vdc(t)实际上，由于直流侧电流idc(t)波形为PWM波形，因此当直流侧电容量有限时，vdc(t)一定是脉动的。而直流侧电容一方面旁路了idc(t)的谐波分量，另一方面抑制了直流电压的波动。单相VSR直流回路方程为：idc(t)- Cdvdc(t)/ dt = vdc(t)/RL；式中C直流侧电容；RL直流负载电阻。求得第k个开关周期中直流侧电压脉动峰峰值vdckm为：vdckm Ts(1-D2k)ImsinkTs / 2C；图8给出了稳态条件下，一个正弦周期中