PWM整流電路的原理及控制

　　PWM整流電路是采用PWM控制方式和全控型器件組成的整流電路，它能在不同程度上解決傳統(tǒng)整流電路存在的問題。把逆變電路中的SPWM控制技術用于整流電路，就形成了PWM整流電路。通過對PWM整流電路進行控制，使其輸入電流非常接近正弦波，且和輸入電壓同相位，則功率因數近似為1。因此，PWM整流電路也稱單位功率因數變流器。

　　1.單相PWM整流電路

　　單相橋式PWM整流電路如圖1所示。按照自然采樣法對功率開關器件VT1～VT4進行SPWM控制，就可在全橋的交流輸入端AB間產生出SPWM波電壓《？XML:NAMESPACE PREFIX = V /》。中含有和正弦調制波同頻、幅值成比例的基波，以及載波頻率的高次諧波，但不含低次諧波。由于交流側輸入電感Ls的作用，高次諧波造成的電流脈動被濾除，控制正弦調制波頻率使之與電源同頻，則輸入電流也可為與電源同頻正弦波。

　　單相橋式PWM整流電路按升壓斬波原理工作。當交流電源電壓時，由VT2、VD4、VD1、Ls和VT3、VD1、VD4、Ls分別組成兩個升壓斬波電路。以VT2、VD4、VD1、Ls構成的電路為例，當VT2導通時，通過VT2、VD4向Ls儲能；當VT2關斷時，Ls中的儲能通過VD1、VD4向直流側電容C充電，致使直流電壓高于的峰值。當時，則由VT1、VD3、VD2、Ls和VT4、VD2、VD3、Ls分別組成兩個升壓斬波電路，工作原理與時類似。由于電壓型PWM整流電路是升壓型整流電路，其輸出直流電壓應從交流電壓峰值向上調節(jié)，向低調節(jié)會惡化輸入特性，甚至不能工作。

　　 PWM整流電路的原理及控制

　　輸入電流相對電源電壓的相位是通過對整流電路交流輸入電壓的控制來實現調節(jié)。圖5-47給出交流輸入回路基波等效電路及各種運行狀態(tài)下的相量圖。圖中分別為交流電源電壓、電感上電壓、電阻上電壓及輸入電流的基波相量，為的相量。

　　圖（b）為PWM整流狀態(tài)，此時控制滯后的一個角，以確保與同相位，功率因數為1，能量從交流側送至直流側。

　　圖（c）為PWM逆變狀態(tài)，此時控制超前的一個角，以確保與正好反相位，功率因數也為1，但能量從直流側返回至交流側。從圖（b）、（c）可以看出，PWM整流電路只要控制的相位，就可方便地實現能量的雙向流動，這對需要有再生制動功能、欲實現四象限運行的交流調速系統(tǒng)是一種必須的變流電路方案。

　　圖（d）為無功補償狀態(tài)，此時控制滯后一個角，以確保超前 90o，整流電路向交流電源送出無功功率。這種運行狀態(tài)的電路被稱為無功功率發(fā)生器SVG（Static Var Generator），用于電力系統(tǒng)無功補償。

　　圖（e）表示了通過控制的相位和幅值，可實現與間的任意相位關系。

　　2.三相PWM整流電路

　　三相橋式PWM整流電路結構如圖3所示，其工作原理同單相電路，僅是從單相擴展到三相。只要對電路進行三相SPWM控制，就可在整流電路交流輸入端A、B、C得到三相SPWM輸出電壓。對各相電壓按圖3（b）相量圖控制，就可獲得接近單位功率因數的三相正弦電流輸入。電路也可工作在逆變狀態(tài)或圖5-47（d）、（e）的運行狀態(tài)。

　　 PWM整流電路的原理及控制

　　PWM整流電路的控制

　　為使PWM整流電路獲得輸入電流正弦且和輸入電壓同相位的控制效果，根據有無電流反饋可將控制方式分兩種：間接電流控制和直接電流控制。間接電流控制沒有引入電流反饋，其動態(tài)特性差，較少應用。直接電流反饋則通過運算求出交流輸入電流參考值，再采用交流電流反饋來直接控制輸入電流，使其跟蹤參考值，獲得期望的輸入特性。

　　 PWM整流電路的原理及控制

　　圖給出了一種最常用的電流滯環(huán)比較直接電流控制系統(tǒng)結構框圖。這是一個雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)為直流電壓控制環(huán)，內環(huán)為交流電流控制環(huán)。直流電壓給定《？XML:NAMESPACE PREFIX = V /》和實際直流電壓相比較，差值信號送PI調節(jié)器作比例—積分運算，以確保實現動態(tài)調節(jié)快、靜態(tài)無差，其輸出作為直流電流參考值。分別乘以與三相電源電壓同相位的正弦信號后，得到三相交流電流的正弦參考值，它們分別和各自的電源電壓同相位，而幅值則和反映負載電流大小的直流電流參考值成正比，這正是整流器作單位功率因數運行時所需的交流電流參考值。和反饋的實際三相輸入電流相比較后，通過對各相功率開關的滯環(huán)控制，使實際交流輸入電流跟蹤參考值，實現輸入電流的直接反饋控制。