第6章(3)：高频PWM整流器32ppt

1、,现代电力电子技术 第6章（3） 高频PWM整流器 主讲申群太,第6章（3） 高频PWM整流器 1、含有源功率因数校正的单相整流器 1、1 谐波电流的危害及改善措施 （1）单相整流器是应用极为广泛的一种电力电子 变换器。 其电路有两点： 单相不控制整流电路 单相可控制整流电路 图5-30,其主要缺点： 输入交流电流is波形严重畸变，呈脉冲状 。 （2）谐波电流对电网有严重的危害作用： 谐波电流流过线路阻抗造成谐波电压降，使电网电压发生畸变。 谐波电流使线路和配电变压器发热，损坏电器设备。 谐波电流会引起电网LC谐振。 相控整流谐波电流使交流输入端功率因数下降，功耗加大，效率降低。,（3）改善措

2、施： 附加无源滤波器 在整流器和电容之间串入一个滤波电感，减小电流脉冲成份。 在交流侧并联接入谐振滤波器，使ic的谐波电流经LC谐波器滤掉而不进入交流电源。 无源LC滤波器优点： 简单 成本低 可靠性高 电磁干扰EMI小,缺点： 体积、重量大 难以得到高功率因数 工作性能与频率，负载变化及输入电压变化有关 电感与电容间有较大的充放电电流，并可能引发电路L、C谐振。 附加有源功率因数校正器或采用高频PWM整流 在整流器和电容之间接入一个DC-DC开关变换器，应用电流反馈技术，使输入端电流is波形跟踪交流输入正弦电压波形，可以使is接近正弦并与vs同相。使输入端总谐波畸变率THD小于5%，功率因数

3、可提高到0.99或更高。,优点： 体积小、重量小； 输出电压也可以保持恒定，或调控为指令值。 缺点： 电能只能从交流电源流向直流侧负载 应用： AC-DC开关电源，交流不间断电源（UPS），荧光电子镇流器及其他电子仪器中。,1、2 含Boost型功率因数校正器的高频整流器 （1）结构原理： 图5-31（a)电路 主电路：由单相桥式不控整流器和DC-DCBoost 变换器组成。 控制电路：由电压误差放大器VA，电流误差放大器CA，乘法器和驱动器组成。,图5-31（a)电路 （2）APFC的工作原理 外环电压闭环控制：自动保持输出电压V0恒定为指令值 内环电流闭环控制：自动调节电流ic= is 跟

4、踪 指值ir,ir=K.vdc=K vs K为电压放大器的输出量 其波形与交流电压 vs 相同 即指令电流值ir是与交流电源vs 同相位的正弦波 所以输入电流is(iL)的波形与交流电源电压vs的波形同相，输入端功率因素接近于1。,波形分析： 输入电流被高频PWM调制，使脉冲波形调制成接近正弦波。 图5-31(b) 输入iL、iS波形和输入电压vdc、vs波形,（3）APFC的主要优点： 输入电流连续，电磁干扰EMI小，无线电频率干扰RFI低； 有输入电感L，可减少对输入滤波器的要求，并可防止电网对主电路高频瞬态冲击。 开关器件T的电压不超过输出电压值； 容易驱动开关器件，其参数端点的电位为O

5、V,缺点： 输入输出间无绝缘。 1、3 带反馈式功率因数校正器的高频整流器 （1）原理结构：图5-32,反激电路中的变压器起着储能元件的作用 控制电路： 电压闭环控制，电压调节器VA为PI，输出值为 V 。 PWM形成电路根据V 的大小产生脉变宽驱动信号。,（2）工作原理： 当开关管T导通，i1由零上升到ip,电感储能， 变压器二次侧二极管阻断， i0=0 当开关管T截止，i1=0，D导通， i2= i0向电容充电，并向负载供电， i2线性下降至零，电感 L2释放磁能。 T的驱动由PWM形成电路产生。输出电压由VA构成电压闭环控制自动维持恒定。,电流峰值ip的大小与开关导通时间ton和直流电压

6、瞬时值vdc= vs 的乘积成正比。 is与 vs 瞬时值成正比。 由脉动频率很高，峰值ip及其平均值都正比于该瞬间的正弦电压瞬值，经较小的L.C滤波后则is变为与电源电压vs 同相的正弦电流is,结论： 前述单相PWM整流器： 有功率因数校正 无能量回馈工作 2、三相高频PWM整流 2、1能量可回馈的高频PWM整流电路 （1）能量可回馈PWM整器电路的特点 整流器采用全控型半导体开关器件 可控输入电流为正弦，且与输入电压同相位，功率因数近似为1（也可以为任意值） 可实现交直流侧的双向能量流动。,（2）PWM整流器拓朴结构 单相半桥电压型PWM整流器 单相全桥电压型PWM整流器 升压型 图：5

7、-33 图：5-34,三相电压型PWM整流器 三相电流型PWM整流器（降压型） 图5-35 图5-36,由于输出电感的存在，没有桥臂直通过流和输出缺路的问题。 电流型整流器通常要经过LC滤波器再和电网联接， 直流侧的平波电感和交流侧LC滤波器的重量、体积都比较大。,电流型PWM整流器应用不广泛的原因 电流型整流器输出电感的体积、重量和损耗比较大 常用的现代全控器件IGBT，P-MOSFET都是有反并联二极管反向自然导通的开关器件，为防止电流反方向流动而必须再串联一个二极管，因此，主电路构成不方便，且通态损耗大。,2、2 交流 直流双向变换器工作原理 （1）三相大功率相控整流器主要缺点； 对公用

8、交流电网产生大量谐波电流并在电网中引起谐波电压 深控状态（角大 VD低）时，整流装置的功率因数随的减小急剧减小,（2）理想的交流 直流双向变换器特点 输出直流电压平稳且可以迅速地调节控制。 输入的交流电源电流波形正弦化。 输入的交流电流的功率因数可控制为任意指令值。 交流-直流之间的功率流向可以是双向可控的，即可实现整流，也可实现逆变。 变换器无损耗。,（3）工作原理 图5-37（a),式中：Vs为交流电源相电压有效值 Is是交流电源流入双向变换器的电流有效值,变换器交流输入端交流相电压为 则理想的三相桥变换器交流侧相电压应是：,则电压、电流矢量关系为： PWM整流电路的运行方式相量图 （图5

9、-37（b),（图5-37（C),由此可知, ,定义：, 结论：,2、3三相电压型高频PWM整流控制系统 图5-38（a)电路 图5-38（d)控制系统原理图,1、工作原理分析 设三相电压型变换器T1- T6SPWM控制的调制参考波频率fr等于交流电源vsa、 vsb、vsb的频率fs，则via、vib、vic中的基波频率f1就是交流电源频率 fs 。 而谐波频率由高频载波频率fc决定。 图5-38基波等值电路见（b)谐波等值电路（c),故只要对 T1- T6进行SPWM控制，控制变压器交流侧各相SPWM脉波电压via、vib、vic，即控制矢量,2、控制过程分析： 整流电压VD的控制: 引入电压V0的负反馈，形成电压反馈闭环控制，自动调节输出直流电压V0为要求值，电压调节 器采用PI。 电压调节器的输出作为有功电流指令值 根据要求的功率因数，计算可得： ,令相位角为 的电压Vi为三相SPWM调制正弦参考电压产生6个开关器件的通断信号，输出所需的交流电压,图5-30AC/DC整流电路,图5-31（a)电路,图5-31(b)输入iL、is波形和输入电压vdc、vs波形,图5-32带反激式功率校正器环节的高频整流器,图5-33单相半波整