第7章PWM整流器PPT

1、1,第7章 PWM整流器和功率因数控制,7.1 单相桥式不控整流器的单位功率因 数校正（APFC） 7.2 PWM整流器和功率因数控制 7.3 PWM整流器和无功补偿仿真研究,2,7.1 单相桥式不控整流器的 单位功率因数校正电路（APFC）,3,1. 单位功率因数控制,直流侧电压和电流波形,交流侧电压和电流波形,开关管T控制电感电流,使,跟踪电压,二极管整流器交流侧电流,与电压,实现单位功率因数控制，,波形近似正弦波，畸变和谐波较小。,作正弦半波变化,相位相同，功率因数为1,4,2. 电流跟踪和整流器输出电压控制,通过电位器W2取输出侧电压 的反馈信号 与直流输出电压 的给定值 比较，以偏差

2、信号 经PI调节器得到电流的幅值信号 ， 得到电流 的给定信号 是幅值为 的正弦半波。,实测电感电流 得反馈信号 经滞环控制器比较产生开关管T的驱动脉冲，使 跟踪 变化 在 时PI调节器输出 增加 ，经滞环控制使 幅值提高，在 T导通时电感有较大电流，电感L储能增加。在T关断时 ， 与较高电感电动势共同给电容C充电，使电容电压和输出电压 增加,在 时 减小，在 T导通时电感电流较小，电感L储能减小，使 减小,5,电流跟踪单位功率因数校正器电流精度和谐波取决于滞环宽度，主要应用在小功率单相整流场合，单相不控整流电能只能从交流侧流向直流侧，不能如晶闸管整流器那样进行有源逆变是其不足。,6,7.2

3、PWM整流器和功率因数控制,PWM整流器与晶闸管相控整流不同是整流桥采用可关断器件和PWM控制，属于斩控式整流。 第3章介绍的晶闸管桥式全控整流电路的整流和有源逆变状态，电能可以从交流侧流向直流侧，也可以从直流侧流向交流侧，进行电能的双向流动和控制，但是交流侧电流是方波或阶梯波，谐波较大，深控状态时功率因数很低。 第5章介绍的PWM逆变器用桥式电路将直流变为交流，不过逆变得到的交流电直接提供给负载，属于无源逆变，如果逆变器交流侧连接交流电网则是有源逆变，SPWM控制的逆变器输出为较好的正弦波，可有效地减少交流侧谐波。 导论中开关变流原理介绍了桥式电路既可以用于逆变也可以整流，电路的工作状态（整

4、流和逆变）主要取决于控制和直流侧电压，适当的控制既可以将直流变为交流（逆变），也可以将交流变为直流（整流），即一台变流器既可用于整流也可用于逆变并控制电能双向流，采用PWM控制的桥式变流电路现在一般称为PWM整流器。 桥式变流器交流侧连接电源时，通过PWM控制交流侧电流与交流电源电压的相位，即可以控制交流侧的功率因数。 PWM整流器有单相和三相，从其直流侧滤波方式区分有电压型和电流型，目前以直流侧连接大电容的电压型PWM整流器使用较多，本节也主要介绍电压型PWM整流器，PWM整流器开关频率较高，也常称为高频整流器。,7,7.2.1 单相桥式PWM整流器,开关管T14和二极管D14组成单相桥，

5、是交流侧电源，E是直流侧电源，电感L用于交流侧滤波，电容C用于直流侧滤波，电路采用PWM控制。 从二极管看，交流电源和四个续流二极管组成不控整流电路， 时电流 方向为正，整流。 从直流电源和开关管看电路为逆变器，在 时电流 方向为负，逆变。,8,2. 整流工作状态（ ）,在 正半周，整流器A点电位高于B点，若有 或 触发， 和 或 和 导通将短路AB两点，交流侧电流 上升，在 和 关断时，电源 和电感电势 共同经 和 向电容充电。 在 负半周， 和 触发，和 ， 和 导通短路AB两点， 负向上升 ，关断时电源 和电感电势 共同经 和 向电容充电。电感L和变流器组成了Boost升压电路，直流侧可

6、有较高电压。通过电路SPWM脉宽控制可以调节直流电压 ，调节SPWM的相位可以控制交流侧的功率因数。,9,3. 逆变工作状态（ ）,单相 PWM整流器若 ，直流侧电流将改变方向，交流侧电流 也改变方向从变流器流出，直流电源E输出电能，经变流器流向交流侧电源 ，整流器工作于逆变状态，其工作与单相PWM逆变器相同。 归纳PWM整流器，若整流器交流侧电压 不变，调节脉冲宽度可以调节直流侧电压 ， 在 时电流 自变流器直流侧输出，变流器工作于整流状态。若PWM整流器直流侧电源电压E 不变，调节脉冲宽度可以调节交流侧电压 , 在 时 ，交流侧电流自变流器流出，这时变流器工作在逆变状态。,10,4. PW

7、M整流器工作过程和波形分析,模式一 时，同时驱动T1、T3，则有电流自AD1T3B，T1因反偏不会导通；同时驱动T2、T4，则有电流自AT2D4B，T4因反偏不会导通。 时，同时驱动T1、T3，则有电流自BD3T1A，T3因反偏不会导通；同时驱动T2、T4，则有电流自BT4D2A，T2因反偏不会导通。这两种情况AB两点均被短路，,11,模式二,方向为正,正方向电流，可能的通路是D1和D4导通或D3和D2导通。 在D1和D4导通时 ， 方向为正,在D3和D2导通时 ， 方向为负。,在模式二，T1、T4或T3、T2即使驱动也不会导通。,模式三,方向为负,负方向电流，可能的通路是T1和T4导通或T2

8、和T3导通。 在T1和T4导通时, 经T4、T1流向电源 ， 方向为正,在模式二和模式三时都有通路的电压方程：,12,当PWM整流器采取单极倍频正弦脉宽调制时（参见图5.9），T1T4脉冲驱动序列如图7.5a，在区段1驱动T1、T3，有正向 经D1、T3使AB端短路，电感电流上升，电感储能增加（模式一）。区段2时T1、T4驱动，正向 经D1、D4流向负载，T1、T4受反向电压，虽被驱动但不能导通（模式三）。区段3 驱动T2和T4，但是D1与D4导通AB端短路（模式一），如此进行得到AB两端电压波形如图7.5b，图7.5c为交流侧电流波形，调节驱动脉冲的宽度，可以调节 基波分量的幅值， 也随之改

9、变，直流侧的输出平均电压 也随驱动脉冲宽度而改变。,与,同向时（时区a、c），,经二极管桥流向直流侧输出电能,反向时（时区b、d），,与,吸收电能，电容输出电能。,13,7.2.2 PWM整流器交流侧功率因数,在PWM交流侧有：,调节 的大小和相位可以控制,当 与 同相 功率因素1,当 与 反相 功率因素-1,根据电流调节 的模和相位角可以控制交流侧的功率因数。,14,PWM变流器功率因数控制,15,根据给定的功率因数 计算功率因数角,用锁相环PLL检测 相位,由电流给定 计算,与实测电流 比较，经滞环控制器驱动T1T4 ，使跟踪 变化，从而控制电流与电压的相位，进行功率因数控制。,16,7.2.3 单相半桥式和三相桥式PWM整流,单相半桥PWM整流电路,17,三相桥式PWM整流电路,18,7.3 PWM整流器仿真,7.3.1 单相桥式PWM整流器仿真 一 仿真模型,19,二 单相桥式PWM整流器模型参数,10,20,整流器交流侧电压 和直流侧电流 波形,交流电源电压 ，电流,21,7.3.2 PWM整流器无功补偿器仿真研究,单相PWM无功补偿器仿真模型,22,交流侧电源电压 和电流,PWM整流器交流侧电压,23,小 结 本章介绍了单相不控整流器功率因数校正和PWM可控整流器，单相桥式不控整流器嵌入Boost升压电路后可以实