三相PWM整流原理

1、一、三相PWM整流原理三相电压型PWM整流器为三相全桥电路，主电路结构如图1所示，其中开关器件应采用全控器件和与之反并联的二极管构成。PWM整流器交流侧每个桥臂与电网每一相之间都需有一个储能电感（j=a，b，c，以下相同），直流侧有支撑电容Cd。图中，为三相电网电压，为电感电流，ud为直流电压。定义，为输入侧电感电压，、分别为PWM整流器输入端的各相交流电压。图1 三相电压型PWM整流器主电路图由图1可以看出，通过构成三相桥式整流的整流二极管可将电网交流电能变为直流，供给中间储能回路或负载；也可以经主开关管将中间储能回路或负载方面的直流能量逆变为交流，反馈给电网。不同的器件的导通，使PWM整流

2、器处于不同的工作模式下。下面给出单相PWM整流器的工作原理，三相PWM整流器的原理相同。图2为单相PWM整流器的主电路图，表1为单相PWM整流器的所有可能的工作模式。图 2 单相PWM整流器的主电路图表1 PWM整流器的工作模式uNiNuSuL导通的器件|iN|的变化工作模式能量传递000uND1、T3/T2、D4电源短接uNLN+UduN-UdD1、D4整 流uN+LN直流侧-UduN+UdT3、T2逆 变uN+直流侧LN00uNT1、D3D2、T4电源短接LNuN+UduN-UdT1、T4逆 变直流侧uN+LN-UduN+UdD2、D3整 流LNuN+直流侧00uND1、T3/T2、D4电

3、源短接LNuN+UduN+UdD1、D4整 流LNuN+直流侧-UduN-UdT3、T2逆 变直流侧uN+LN00uNT1、D3D2、T4电源短接uNLN+UduN+UdT1、T4逆 变uN+直流侧LN-UduN-UdD2、D3整 流uN+LN直流侧单相PWM整流器在进行脉宽调制工作时，上述的各种工况总是依次有规律的交替出现，其中能量的总趋势，是由电网向直流中间环节(或负载)传递，属整流工况，若后者向前者反馈，属逆变工况。这由控制方式所决定，其中主要与电压us(t)和网压uN(t)之间的相位有关。 三相PWM整流器的控制原理与单相PWM整流器的类似，采用间接电流控制的系统结构图如图3。图 3

4、三相PWM整流器间接电流控制系统结构图图中乘法器为三相乘法器的简单表示，实际上由三个单乘法器组成，PI调节器的输出电流信号分别乘以超前a、b、c三相相电压相位90度的余弦信号，在乘以各相电感的感抗，就可以得到各相电流在电感上的压降。各相电源相电压分别减去前面所求得的输入电流在电感上的压降，就得到所需要的整流器交流输入端各相的相电压、的信号。用该交流信号对三角载波进行调制，就可以得到需要的控制开关状态，从而达到系统的控制效果。二、功率因数定义在非理想正弦条件下，功率因数除了与电压电流的相位角有关外，还与谐波含量有关。此处认为电网电压为理想正弦波，而电流含有谐波。电流总谐波畸变率THD(total

5、 harmonic distortion)定义为除基波电流外的所有谐波电流有效值与基波电流有效值之比，即其中，I、I1和In分别是电流有效值、电流基波有效值和第n次谐波电流有效值。还可定义基波因数，表示电流波形对正弦的偏离度，较大的表明电流波形较接近正弦波，可以由THD导出。基波功率因数DPF定义为电压与电流基波之间相位角的余弦，即而功率因数PF则定义为基波因数与基波功率因数的乘积，即三、考试题完成采用三相PWM整流电路的仿真，包括主电路和控制系统，开关器件为IGBT。仿真参数设置：电网电压幅值为311V，频率50Hz；电感LN为2.5mH，支撑电容Cd为4.7mF，直流侧带20欧姆的电阻负载

6、。直流电压指令为750V。利用powergui将仿真设置为离散模型，Ts=1e-5，仿真时间2秒。控制环节中的PI调节器参数自行设定。PWM模块采用Discrete PWM Generator，载波频率设为1000Hz。搭建仿真模型，完成下列任务：1. 记录三相电源电压与电流的实验波形，说明三相PWM整流器交流侧电流的特点。利用FFT分析模块画出a相电流的频谱图，分析其规律并简要说明原因。2. 计算交流侧功率因数。可以用THD模块计算a相交流电流的THD，导出基波因数；用simpowersystems/extra library/discrete measurements中的discrete active & reactive power模块得到基波有功和无功，并计