第6章(3)：高頻PWM整流器

1、.,現(xiàn)代電力電子技術 第6章（3） 高頻PWM整流器 主講申群太,.,第6章（3） 高頻PWM整流器 1、含有源功率因數(shù)校正的單相整流器 1、1 諧波電流的危害及改善措施 （1）單相整流器是應用極為廣泛的一種電力電子 變換器。 其電路有兩點： 單相不控制整流電路 單相可控制整流電路 圖5-30,.,其主要缺點： 輸入交流電流is波形嚴重畸變，呈脈沖狀 。 （2）諧波電流對電網有嚴重的危害作用： 諧波電流流過線路阻抗造成諧波電壓降，使電網電壓發(fā)生畸變。 諧波電流使線路和配電變壓器發(fā)熱，損壞電器設備。 諧波電流會引起電網LC諧振。 相控整流諧波電流使交流輸入端功率因數(shù)下降，功耗加大，效率降低。,.

2、,（3）改善措施： 附加無源濾波器 在整流器和電容之間串入一個濾波電感，減小電流脈沖成份。 在交流側并聯(lián)接入諧振濾波器，使ic的諧波電流經LC諧波器濾掉而不進入交流電源。 無源LC濾波器優(yōu)點： 簡單 成本低 可靠性高 電磁干擾EMI小,.,缺點： 體積、重量大 難以得到高功率因數(shù) 工作性能與頻率，負載變化及輸入電壓變化有關 電感與電容間有較大的充放電電流，并可能引發(fā)電路L、C諧振。 附加有源功率因數(shù)校正器或采用高頻PWM整流 在整流器和電容之間接入一個DC-DC開關變換器，應用電流反饋技術，使輸入端電流is波形跟蹤交流輸入正弦電壓波形，可以使is接近正弦并與vs同相。使輸入端總諧波畸變率THD

3、小于5%，功率因數(shù)可提高到0.99或更高。,.,優(yōu)點： 體積小、重量??； 輸出電壓也可以保持恒定，或調控為指令值。 缺點： 電能只能從交流電源流向直流側負載 應用： AC-DC開關電源，交流不間斷電源（UPS），熒光電子鎮(zhèn)流器及其他電子儀器中。,.,1、2 含Boost型功率因數(shù)校正器的高頻整流器 （1）結構原理： 圖5-31（a)電路 主電路：由單相橋式不控整流器和DC-DCBoost 變換器組成。 控制電路：由電壓誤差放大器VA，電流誤差放大器CA，乘法器和驅動器組成。,.,圖5-31（a)電路 （2）APFC的工作原理 外環(huán)電壓閉環(huán)控制：自動保持輸出電壓V0恒定為指令值 內環(huán)電流閉環(huán)控制

4、：自動調節(jié)電流ic= is 跟蹤 指值ir,.,ir=K.vdc=K vs K為電壓放大器的輸出量 其波形與交流電壓 vs 相同 即指令電流值ir是與交流電源vs 同相位的正弦波 所以輸入電流is(iL)的波形與交流電源電壓vs的波形同相，輸入端功率因素接近于1。,.,波形分析： 輸入電流被高頻PWM調制，使脈沖波形調制成接近正弦波。 圖5-31(b) 輸入iL、iS波形和輸入電壓vdc、vs波形,.,（3）APFC的主要優(yōu)點： 輸入電流連續(xù)，電磁干擾EMI小，無線電頻率干擾RFI低； 有輸入電感L，可減少對輸入濾波器的要求，并可防止電網對主電路高頻瞬態(tài)沖擊。 開關器件T的電壓不超過輸出電壓值

5、； 容易驅動開關器件，其參數(shù)端點的電位為OV,.,缺點： 輸入輸出間無絕緣。 1、3 帶反饋式功率因數(shù)校正器的高頻整流器 （1）原理結構：圖5-32,.,反激電路中的變壓器起著儲能元件的作用 控制電路： 電壓閉環(huán)控制，電壓調節(jié)器VA為PI，輸出值為 V 。 PWM形成電路根據(jù)V 的大小產生脈變寬驅動信號。,.,（2）工作原理： 當開關管T導通，i1由零上升到ip,電感儲能， 變壓器二次側二極管阻斷， i0=0 當開關管T截止，i1=0，D導通， i2= i0向電容充電，并向負載供電， i2線性下降至零，電感 L2釋放磁能。 T的驅動由PWM形成電路產生。輸出電壓由VA構成電壓閉環(huán)控制自動維持恒

6、定。,.,電流峰值ip的大小與開關導通時間ton和直流電壓瞬時值vdc= vs 的乘積成正比。 is與 vs 瞬時值成正比。 由脈動頻率很高，峰值ip及其平均值都正比于該瞬間的正弦電壓瞬值，經較小的L.C濾波后則is變?yōu)榕c電源電壓vs 同相的正弦電流is,.,結論： 前述單相PWM整流器： 有功率因數(shù)校正 無能量回饋工作 2、三相高頻PWM整流 2、1能量可回饋的高頻PWM整流電路 （1）能量可回饋PWM整器電路的特點 整流器采用全控型半導體開關器件 可控輸入電流為正弦，且與輸入電壓同相位，功率因數(shù)近似為1（也可以為任意值） 可實現(xiàn)交直流側的雙向能量流動。,.,（2）PWM整流器拓樸結構 單相

7、半橋電壓型PWM整流器 單相全橋電壓型PWM整流器 升壓型 圖：5-33 圖：5-34,.,三相電壓型PWM整流器 三相電流型PWM整流器（降壓型） 圖5-35 圖5-36,.,由于輸出電感的存在，沒有橋臂直通過流和輸出缺路的問題。 電流型整流器通常要經過LC濾波器再和電網聯(lián)接， 直流側的平波電感和交流側LC濾波器的重量、體積都比較大。,.,電流型PWM整流器應用不廣泛的原因 電流型整流器輸出電感的體積、重量和損耗比較大 常用的現(xiàn)代全控器件IGBT，P-MOSFET都是有反并聯(lián)二極管反向自然導通的開關器件，為防止電流反方向流動而必須再串聯(lián)一個二極管，因此，主電路構成不方便，且通態(tài)損耗大。,.,

8、2、2 交流 直流雙向變換器工作原理 （1）三相大功率相控整流器主要缺點； 對公用交流電網產生大量諧波電流并在電網中引起諧波電壓 深控狀態(tài)（角大 VD低）時，整流裝置的功率因數(shù)隨的減小急劇減小,.,（2）理想的交流 直流雙向變換器特點 輸出直流電壓平穩(wěn)且可以迅速地調節(jié)控制。 輸入的交流電源電流波形正弦化。 輸入的交流電流的功率因數(shù)可控制為任意指令值。 交流-直流之間的功率流向可以是雙向可控的，即可實現(xiàn)整流，也可實現(xiàn)逆變。 變換器無損耗。,.,（3）工作原理 圖5-37（a),.,式中：Vs為交流電源相電壓有效值 Is是交流電源流入雙向變換器的電流有效值,.,變換器交流輸入端交流相電壓為 則理想

9、的三相橋變換器交流側相電壓應是：,.,則電壓、電流矢量關系為： PWM整流電路的運行方式相量圖 （圖5-37（b),（圖5-37（C),.,由此可知,., ,.,.,.,定義：,., 結論：,.,2、3三相電壓型高頻PWM整流控制系統(tǒng) 圖5-38（a)電路 圖5-38（d)控制系統(tǒng)原理圖,.,1、工作原理分析 設三相電壓型變換器T1- T6SPWM控制的調制參考波頻率fr等于交流電源vsa、 vsb、vsb的頻率fs，則via、vib、vic中的基波頻率f1就是交流電源頻率 fs 。 而諧波頻率由高頻載波頻率fc決定。 圖5-38基波等值電路見（b)諧波等值電路（c),.,故只要對 T1- T

10、6進行SPWM控制，控制變壓器交流側各相SPWM脈波電壓via、vib、vic，即控制矢量,.,2、控制過程分析： 整流電壓VD的控制: 引入電壓V0的負反饋，形成電壓反饋閉環(huán)控制，自動調節(jié)輸出直流電壓V0為要求值，電壓調節(jié) 器采用PI。 電壓調節(jié)器的輸出作為有功電流指令值 根據(jù)要求的功率因數(shù)，計算可得： ,.,令相位角為 的電壓Vi為三相SPWM調制正弦參考電壓產生6個開關器件的通斷信號，輸出所需的交流電壓,.,.,圖5-30AC/DC整流電路,.,圖5-31（a)電路,.,圖5-31(b)輸入iL、is波形和輸入電壓vdc、vs波形,.,圖5-32帶反激式功率校正器環(huán)節(jié)的高頻整流器,.,圖5-33單相半波整流器,.,圖5-34單相