WM整流器分類介紹

PWM技術(shù)及其在控制中的應(yīng)用1.PWM產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)的整流方式通常采用二極管不可控整流方式或者晶閘管相控整流方式。傳統(tǒng)的整流器存在如下缺點:（1）整流器從電網(wǎng)吸取畸變的電流，造成電網(wǎng)的諧波污染;（2）由于整流器件結(jié)構(gòu)的單向性，直流側(cè)能量無法回饋電網(wǎng);（3）整流電路在深控狀態(tài)下網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低；（4）由于整流器件的不可控或不完全可控，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)慢；傳統(tǒng)的整流電路產(chǎn)生了大量的無功功率和諧波，對電網(wǎng)造成了嚴重的污染。主要體現(xiàn)在:（1）無功功率會導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，使設(shè)備容量增加；（2）無功功率增加，會使線路總電流增加，造成設(shè)備和線路損耗增加;并且使線路電壓降增大，沖擊性的無功負載還會使電壓劇烈波動；（3）諧波會導(dǎo)致繼電保護和自動裝置的誤動作，使電氣測量儀表不準確；（4）諧波影響電氣設(shè)備的正常工作，使設(shè)備過熱，絕緣老化，壽命縮短以致?lián)p壞；（5）諧波會引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，諧波引起的危害倍增，甚至引起嚴重事故；提高功率因數(shù)、抑制和消除諧波已成為電力電子技術(shù)中的重大課題，其中PWM整流器現(xiàn)在已經(jīng)成為大家關(guān)注的焦點。PWM(PulseWidthModulation)整流器是采用全控型器件組成的高頻整流電路。與傳統(tǒng)的二極管整流器或晶閘管整流器相比，它具有以下特點，這恰好彌補了二極管整流電路的不足：（1）具有能量雙向流動：即當直流側(cè)電壓高于電源側(cè)電壓峰值時，能實現(xiàn)DC-AC逆變，將能量回饋到電網(wǎng)；（2）網(wǎng)側(cè)電流諧波低；（3）高功率因數(shù)，理論上可以達到1；其實我們在控制中如果利用功率定向控制，只要把無功功率的參考值設(shè)為0，即可實現(xiàn)功率因數(shù)1；（4）恒定直流電壓電流控制；2國際，國內(nèi)研究現(xiàn)狀從20世紀80年代后期開始，高功率因數(shù)PWM整流技術(shù)就己經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點。目前開發(fā)出的新型高功率因數(shù)PWM整流器可以以多種形式應(yīng)用于電力系統(tǒng)。（1）中小功率的整流器主要應(yīng)用于高精度、要求動態(tài)響應(yīng)快的AC/DC轉(zhuǎn)換，如充電電源；（2）中大功率的整流器主要應(yīng)用在傳動和UPS領(lǐng)域；產(chǎn)品如許繼電源公司研制的30~100kVA三相輸出和30~50kVA單相輸出的大功率UPS；在傳動領(lǐng)域，富士電機公司研制出了新型雙PWM交流調(diào)速系統(tǒng):大功率的整流器可以應(yīng)用于柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)和新型靜止無功發(fā)生器(AVSG)等領(lǐng)域。3.PWM整流器的分類（1）按輸出濾波方式分為：電壓型和電流型；電流型PWM整流器輸出端采用串聯(lián)濾波電感以維持輸出電流低紋波，具有近似電流源的特性。

電流型PWM整流器又稱為Buck型整流器，如圖2-1所示。交流側(cè)由L,C組成二階低通濾波器，以濾除交流側(cè)電流中的開關(guān)諧波;直流側(cè)接大電感，使直流側(cè)電流近似為平滑的直流。開關(guān)器件由可控器件與二極管串聯(lián)組成擴以提高器件的反向阻斷能力。與電壓型PWM整流器相似，電流型PWM整流器具有四象限運行的能力.不知之處：由于需要較大的直流儲能電感，以及交流側(cè)LC濾波環(huán)節(jié)所致的電流畸變、振蕩等問題，使其電路結(jié)構(gòu)和控制相對復(fù)雜，從而制約了電流型電路的應(yīng)用和研究。電流型PWM整流器結(jié)構(gòu)圖：電壓型PWM整流器電壓型PWM整流器是以輸出端并聯(lián)濾波電容

以維持輸出電壓低紋波，具有近似電壓源的特性。由于其電路結(jié)構(gòu)簡單，便于控制，響應(yīng)速度快，目前研究及實際應(yīng)用較多的是電壓型電路。4.系統(tǒng)的控制策略從瞬態(tài)電流的控制角度上根據(jù)是否直接檢測瞬態(tài)輸入電流作為反饋控制電流可分為：直接和間接電流控制。（1）間接電流控制(IndirectCurrentControl)又稱為幅相控制，系統(tǒng)電流控制是建立在穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系基礎(chǔ)上的，通過對整流器交流側(cè)電壓基波分量的幅值和相位進行控制，間接實現(xiàn)對網(wǎng)側(cè)電流的控制。優(yōu)點：不需要電流互感器，控制簡單，易于實現(xiàn)。缺點：（a）系統(tǒng)動態(tài)性能不佳，整流器的輸入電感具有較大時間常數(shù)，而幅相控制沒有采取任何措施補償電感的時滯作用;（b）動態(tài)過程中存在直流電流偏移和很大的電流過沖，而控制器本身沒有限流功能，因而需要有過流保護;（c）控制信號的運算過程中用到電路的參數(shù)，控制信號對系統(tǒng)參數(shù)的波動較為敏感。改進辦法：引入電流微分或動態(tài)解耦的串聯(lián)補償，利用零極點對消的原理可以改善整流器的電流響應(yīng)特性，在間接電流控制基礎(chǔ)上增加功率因數(shù)角閉環(huán)，通過模糊控制器對交流側(cè)電壓幅值和相位進行前饋補償，可以使PWM整流器在電網(wǎng)電壓波動或電路參數(shù)變化等擾動下保持單位功率因數(shù)和穩(wěn)定的直流輸出電壓。這些改進方案的提出，可以促進間接電流控制實用化。(2)直接電流控制直接電流控制(DirectCurrentControl)與間接電流控制主要區(qū)別在于引入了電流環(huán)，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度。對網(wǎng)壓而言，電流內(nèi)環(huán)實質(zhì)起到前饋作用;控制電路具有限流保護能力，由于系統(tǒng)在每一個載波周期都對電流進行比較，因此故障情況下過電流保護迅速，可靠性高。該控制方案物理意義清晰，控制電路簡單，控制效果良好。直接電流控制中雙閉環(huán)控制是目前應(yīng)用最廣泛，最實用化的控制方式，其中電壓外環(huán)是控制直流側(cè)電壓的，并給電流內(nèi)環(huán)提供指令電流;電流內(nèi)環(huán)則根據(jù)指令電流進行電流快速跟蹤控制.直接電流控制原理圖：三相電流型PWM整流器有兩個被控變量:直流側(cè)電流和網(wǎng)側(cè)電流。直流側(cè)電流的控制目標主要是要求整流器直流側(cè)提供恒定的直流電流，為此要求控制具有良好的抗擾性能;而交流電流的控制目標主要是實現(xiàn)整流器網(wǎng)側(cè)電流的正弦波控制，甚至要求網(wǎng)側(cè)電流與電壓同相位，因此網(wǎng)側(cè)電流的控制更側(cè)重電流的跟隨性能。因此六，為溜了實穴現(xiàn)整前流器畏輸出泛直流附電流懇的恒花定和青輸入家端接鎖近單皺位功瞇率因慕數(shù)，些三相古電流咐型PW討M整流浴器的倍控制攔實際暑上是阿一個雙環(huán)愿控制扮系統(tǒng)。外環(huán)是直流嗚電流弱控制添環(huán)，其大目的被一般宋是保巨持的恒摔定。盯在直蕉流電既流環(huán)鈔中，迎采樣電的直健流電插流與年給定侄值進躲行比甚較，猾產(chǎn)生金的誤裂差經(jīng)施過PI調(diào)節(jié)盜后，瓜輸出秋作為呈整流終器的甘網(wǎng)側(cè)生電流族峰值袖指令父，，將矩與裹同步穿信號(單位彎幅值稈正弦殼波)相乘霜，作蓄為網(wǎng)冰側(cè)電加流指揮令信金號，由隔及組成值交流毅電流書控制存環(huán)，屈其目吐的是您要求夸網(wǎng)側(cè)覺電流跟蹤逃給定粒電流，也炊即實趨現(xiàn)了夸網(wǎng)側(cè)論電流昨?qū)W(wǎng)主側(cè)電妄壓的持相位育跟蹤果。從開巷關(guān)邏蛋輯形爆成的水角度壁來分難，主網(wǎng)要有恭三類施：空間依矢量嚷脈寬典調(diào)制(S胳VP盼WM狡)直接籮功率雅控制(D晉PC血)PW雄M調(diào)制委控制(P喪MC城)。空間筑矢量喬脈寬脈調(diào)制(S仁VP牌WM虜)空間乒矢量乳脈寬對調(diào)制樹（SV其PW宏M)是目楚前應(yīng)森用廣炸泛的都高頻豬調(diào)制震方式懂。特點輕：（1）它粥具有完直流旦電壓坊利用吉率高機；（2）開物關(guān)次傲數(shù)少編；（3）易露于實擴現(xiàn)數(shù)談字控棵制的藥優(yōu)點；工作開原理鋪：在系屬統(tǒng)瞬村時功停率不疲變的夢前提堡下，脅將三異相靜吃止坐陜標系擁下的痛整流嗽橋相斗電壓成變換只到兩譜相靜尤止坐姥標系攔下（即3/回2變換連），用一商個模國為2U鍛o/摔3的空辨間電使壓矢蜘量在靠復(fù)平叮面上蠟表示泉出來家。由于鎮(zhèn)三相VS讀R開關(guān)寧是雙艙電平濤控制煩，電伴壓矢層量只顆有2*托2*托2稿=碗8種，酬其中Uo(0，0，0)、U7約(館1,樣1榜,1羅)為零袖矢量鬼，其序余6個非冤零矢叨量對團稱均茫勻分居布在賀復(fù)平惰面上懲。在巧每個毒開關(guān)限周期岸中對縱任何鞠給定摸空間腫電壓既矢量U均可加用相豪鄰兩嶄個有區(qū)效開遍關(guān)矢汪量和采零矢謠量來緒等效喘。在一重個載馳波周幅期內(nèi)圣，開放關(guān)管鋒的導(dǎo)籃通總籍是以神零矢往量開河始并逢以零各矢量鞭結(jié)束雁。如果U在復(fù)淋平面揚上勻搞速旋賭轉(zhuǎn)，撿就對湯應(yīng)得垂到了傷三相映對稱行的正綿弦量稈。受稅到開當關(guān)頻量率和龍矢量啊組合仇限制厘，U的等棒效矢踢量只逼能以眾某一澤步進沸速度室旋轉(zhuǎn)因此圓矢量廳端點熔的運釋動軌謀跡是獄一個項多邊器形準抓圓軌煌跡，PW田M開關(guān)削頻率室越高餅，步肯進間褲隔越頁小，止多邊涌形準融圓軌幫跡就拉越接五近于快圓形航。特點:這種林高功頌率變腹換器巷