第5章-PWM整流电路

1,5.1概述5.4电压型单相桥式PWM整流电路5.5电压型三相桥式PWM整流电路,第5章PWM整流电路,2,5.1.1整流电路的理想状态5.1.2传统整流电路存在的问题5.1.3PWM整流电路的分类,5.1概述,3,5.1.1整流电路的理想状态,2.输出电压u0U0(电压型)或输出电流i0I0(电流型)3.具有双向传递电能的能力4.能实现输出电压的快速调节以保证系统有良好的动态性能5.具有较高的功率密度6.整流电路无内耗，即电路中所有元器件均无损耗,（5-7）,1.网侧功率因数=1,其中：,为电流正弦因数,为基波位移因数,所以：所有网侧功率因数校正技术（PFCPowerFactorCorrection）是围绕网侧电流正弦化和等效电阻线性化展开的。,4,5.1.2传统整流电路存在的问题,1.网侧功率因数低,（5-15）,相控整流电路：,不控整流电路加电容滤波：,图5-1具有电容输入滤波的单相不控整流电路a)电路结构b)电量波形,5,5.1.2传统整流电路存在的问题,2.谐波电流对电网的危害,使网侧功率因数下降，降低发电、输电及用电设备的效率。使线路阻抗产生谐波压降，导致原为正弦的网压也产生畸变。影响用电设备的正常工作。导致继电保护和自动装置的误动作。对通信系统造成干扰。,3.难于实现快速调节,5.1.3PWM整流电路的分类,PWM整流电路,按电网相数,按工作范围,按输出滤波,按器件开关方式,桥式电路（全桥、半桥）复合电路,电压型电路电流型电路,硬开关电路软开关电路,按输出电压,低压电路中高压电路,单相电路三相电路,按主电路结构,按输入输出间耦合方式,直耦式电路磁耦式电路,单象限电路多象限电路,5.4电压型单相桥式PWM整流电路,5.4.1电压型单相桥式PWM整流电路的理想状态5.4.2网侧功率因数=1时的电路分析5.4.3输出电压U0的调节5.4.4网侧功率因数=-1时的电路分析5.4.5电路的控制,5.4.1电压型单相桥式PWM整流电路的理想状态,图5-12单相电压型PWM整流电路a)全桥式结构主电路b)等效电路c)半桥式结构主电路d)工作模式,理想条件：,据图5-12得：,（）（）（）,（5-79）,5.4.1电压型单相桥式PWM整流电路的理想状态,但:电路正常工作需要LN（包括外接电抗器和交流电源内部电感）起平衡电压的作用。忽略LN和交流电源的内阻，即rN=0。,图5-13单相PWM整流电路入端电量矢量图a）rN=0,1=0b）rN=0,1=,则有：,若LN=0，则：,（5-78）,5.4.1电压型单相桥式PWM整流电路的理想状态,（5-85）,于是：,（5-86）,式中：,（5-87）,图中：,（5-82）,（5-84）,5.4.2网侧功率因数=1时的电路分析,1.电路的工作模式,图5-14不同工作模式下的等效电路(=1)a)、b)工作模式c)、e)工作模式d)、f)工作模式,（1）电源沿LN短路（如图5-14a和b），电感LN处于储能状态，负载电流由Co维持。（2）电源和LN向负载供电（如图5-14c和d）。（3）负载和电源向LN馈电（如图5-14e和f）。,5.4.2网侧功率因数=1时的电路分析,2.=1时电路工作过程分析,图5-15=1时电路的电量波形,5.4.2网侧功率因数=1时的电路分析,2.=1时电路工作过程分析,图5-15=1时电路的电量波形,（）（）（）,（5-79）,（5-88）,（5-89）,（5-90）,5.4.2网侧功率因数=1时的电路分析,（）（）（）,（5-92）,（）（）（）,（5-91）,5.4.2网侧功率因数=1时的电路分析,3.输出电流i0的分析,（5-93）,其中：,当时,如图，i0的占空比与us是相同的。,5.4.2网侧功率因数=1时的电路分析,（5-96）,（5-97）,（5-95）,5.4.3输出电压U0的调节,（5-98）,（5-100）,（5-101）,（5-102）,故有：,又有：,所以：,（5-103）,由于，故有：,（5-104）,5.4.3输出电压U0的调节,图5-16外扰作用下电量的矢量关系,(a)负载电阻R0变化时的稳压分析,(b)网压uN变化时的稳压分析,5.4.4网侧功率因数=-1时的电路分析,图5-17=-1时电路的电量波形,图5-18不同工作模式的等效电路(=-1)a)、b)工作模式c)、f)工作模式e)、d)工作模式,（1）电源沿LN短路（如图5-18a和b），电感LN储能向电网反馈。（2）有源负载的储能向电网和LN转移（如图5-14c和d）。（3）LN中的储能同时向负载和电网转移（如图5-14e和f）。,5.4.5电路的控制,图5-19采用间接电流控制策略的PWM整流电路1直流给定电压2直流输出电压检测3交流输入电压检测4电压调节器5移相器6电压变换7标量乘法器8矢量加法器9PWM比较器10载波发生器11控制门12保护电路13脉冲分配器14驱动电路,(5-115),(5-116),5.4.5电路的控制,图5-20采用直接电流控制策略的PWM整流电路1直流给定电压2直流输出电压检测3交流电流检测4电压调节器5交流电压检测6驱动电路7标量乘法器8电流调节器9PWM比较器10载波发生器,3.7逆变电路的控制,图3-30采用电流滞环跟踪控制方式的逆变电路a)电路结构b)等效电路c)普通比较器的控制特性d)滞环比较器的控制特性1正弦电流给定2滞环比较器3锁存器4驱动电路,1、电流滞环跟踪控制,5.5电压型三相桥式PWM整流电路,5.5.1电路工作原理分析5.5.2电路的控制5.5.3输出直流电压的估算,5.5.1电路工作原理分析,图5-21电压型三相半桥式PWM整流电路,（5-119）,（5-120）,5.5.1电路工作原理分析,图5-22=1时三相电压型PWM整流电路电量波形,1.控制极信号的时序分布,（5-121）,（5-122）,（5-123）,5.5.1电路工作原理分析,2.桥侧线电压波形分析,（5-125）,（5-124）,如图5-22c,如图5-22d，为一单极性SPWM波,3.桥侧相电压波形分析,（5-126）,（5-127）,（5-128）,5.5.1电路工作原理分析,可见：,1）ua01与a相调制信号ugm同相位，即：,（5-129）,2）ua0与uA0无论在相位和波形上均有较大差别，为了平衡电路电压，输入电感LN是必不可少的。,（5-130）,式中,3）各相输入电流的变率为时变值，即：,（5-131）,5.5.1电路工作原理分析,4.电路的工作模式,图5-23三相电压型PWM整流电路的工作模式a）模式M1（3D0T）b）模式M3（1D2T）c)模式M2（2D1T)d）模式M4（1D2T),5.5.1电路工作原理分析,5.输入电感LN的选择,（5-132）,（5-133）,（5-134）,LN的下限值。设计时取,由：,得：,由：,得：,（5-135）,LN的上限值。,5.5.2电路的控制,1.标量乘法器方案,图5-24含标量乘法器的三相PWM整流电路控制结构图1电压给定2电压调节器3输出直流电压检测4输入交流电压检测5交流电流检测6标量乘法器7电流调节器8控制门9保护电路10载波发生器11SPWM信号生成和处理器,5.5.2电路的控制,图5-25采用矢量控制方案的三相PWM整流电路控制结构图1电压给定2电压调节器3电流调节器4三角函数运算5同步电路6三相/二相坐标变换7二相/三相坐标变换8输出直流电压检测9PWM信号生成10载波发生器11基波相移角给定,2.矢量控制方案,（5-137）,（5-138）,（5-139）,（5-141）,（5-139）,（5-142）,5.5.2电路的控制,这一方案的确切名称是基于d-q轴的矢量控制方案。d-q轴是一种以指定速度转动的二相旋转坐标系。关于坐标变换始于交流电动机调速系统中的矢量控制方案，其基本思想是：按照产生同样旋转磁场这一等效原则，通过数学上的坐标变换，把三相交流电动机的定子电流分解为两个独立分量，一个是用来产生旋转磁动势的励磁分量，另一个是用来产生电磁转矩的转矩分量。,5.5.2电路的控制,图5-26三相PWM整流等效电路及矢量图a)基波等效电路b)0的矢量图,（5-143,150）,（5-144,5-145,151）,说明：当=90时，电路被称为静止无功功率发生器（SVGStaticVarGenerator），又称静止同步补偿器（STATCOMStaticSynchronousCompensator）。,（5-148）,（5-149）,（5-154）,（5-155）,（5-157）,（5-158）,5.5.3输出直流电压的估算,=0（整流运行）时，输出电压U0的估算：,为双极性SPWM波，则：,（5-164）,由平均值模型分析法得：,（5-162）,又，而无基波分量，则：,（5-165）,所以,又，则：,（5-167）,应用举例,1、轻型高压直流输电,2、风力发电,应用举例,3、柔性交流输电,SVG（或STATCOM）,应用举例,统一潮流控制器（UPFCUnifiedPowerFlowController）,静止同步补偿器(STATCOM),静止同步串联补偿器(SSSC),应用举例,UPFC中两个背靠背的两个变流器共用一个直流母线和一个储能电容。有功功率可以在两个变流器的两个交流端子之间在任一方向自由流动，每个变流器的交流输出端也可独立地产生或吸收无功功率。UPFC中变流器2的功能是通过串联变压器给线路注入幅值Upq和相角均可控的电压矢量Upq。变流器1的功能是提供或