PWM整流电路的原理及控制_技术

　　PWM整流电路是采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路，它能在不同程度上解决传统整流电路存在的问题。把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就形成了PWM整流电路。通过对PWM整流电路进行控制，使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，则功率因数近似为1。因此，PWM整流电路也称单位功率因数变流器。

　　1.单相PWM整流电路

　　单相桥式PWM整流电路如图1所示。按照自然采样法对功率开关器件VT1～VT4进行SPWM控制，就可在全桥的交流输入端AB间产生出SPWM波电压《？XML:NAMESPACE PREFIX = V /》。中含有和正弦调制波同频、幅值成比例的基波，以及载波频率的高次谐波，但不含低次谐波。由于交流侧输入电感Ls的作用，高次谐波造成的电流脉动被滤除，控制正弦调制波频率使之与电源同频，则输入电流也可为与电源同频正弦波。

　　单相桥式PWM整流电路按升压斩波原理工作。当交流电源电压时，由VT2、VD4、VD1、Ls和VT3、VD1、VD4、Ls分别组成两个升压斩波电路。以VT2、VD4、VD1、Ls构成的电路为例，当VT2导通时，通过VT2、VD4向Ls储能；当VT2关断时，Ls中的储能通过VD1、VD4向直流侧电容C充电，致使直流电压高于的峰值。当时，则由VT1、VD3、VD2、Ls和VT4、VD2、VD3、Ls分别组成两个升压斩波电路，工作原理与时类似。由于电压型PWM整流电路是升压型整流电路，其输出直流电压应从交流电压峰值向上调节，向低调节会恶化输入特性，甚至不能工作。

　　输入电流相对电源电压的相位是通过对整流电路交流输入电压的控制来实现调节。图5-47给出交流输入回路基波等效电路及各种运行状态下的相量图。图中分别为交流电源电压、电感上电压、电阻上电压及输入电流的基波相量，为的相量。

　　图（b）为PWM整流状态，此时控制滞后的一个角，以确保与同相位，功率因数为1，能量从交流侧送至直流侧。

　　图（c）为PWM逆变状态，此时控制超前的一个角，以确保与正好反相位，功率因数也为1，但能量从直流侧返回至交流侧。从图（b）、（c）可以看出，PWM整流电路只要控制的相位，就可方便地实现能量的双向流动，这对需要有再生制动功能、欲实现四象限运行的交流调速系统是一种必须的变流电路方案。

　　图（d）为无功补偿状态，此时控制滞后一个角，以确保超前 90º，整流电路向交流电源送出无功功率。这种运行状态的电路被称为无功功率发生器SVG（StaTIc Var Generator），用于电力系统无功补偿。

　　图（e）表示了通过控制的相位和幅值，可实现与间的任意相位关系。

　　2.三相PWM整流电路

　　三相桥式PWM整流电路结构如图3所示，其工作原理同单相电路，仅是从单相扩展到三相。只要对电路进行三相SPWM控制，就可在整流电路交流输入端A、B、C得到三相SPWM输出电压。对各相电压按图3（b）相量图控制，就可获得接近单位功率因数的三相正弦电流输入。电路也可工作在逆变状态或图5-47（d）、（e）的运行状态。

　　PWM整流电路的控制

　　为使PWM整流电路获得输入电流正弦且和输入电压同相位的控制效果，根据有无电流反馈可将控制方式分两种：间接电流控制和直接电流控制。间接电流控制没有引入电流反馈，其动态特性差，较少应用。直接电流反馈则通过运算求出交流输入电流参考值，再采用交流电流反馈来直接控制输入电流，使其跟踪参考值，获得期望的输入特性。

　　图给出了一种最常用的电流滞环比较直接电流控制系统结构框图。这是一个双闭环控制系统，外环为直流电压控制环，内环为交流电流控制环。直流电压给定《？XML:NAMESPACE PREFIX = V /》和实际直流电压相比较，差值信号送PI调节器作比例—积分运算，以确保实现动态调节快、静态无差，其输出作为直流电流参考值。分别乘以与三相电源电压同相位的正弦信号后，得到三相交流电流的正弦参考值，它们分别和各自的电源电压同相位，而幅值则和反映负载电流大小的直流电流参考值成正比，这正是整流器作单位功率因数运行时所需的交流电流参考值。和反馈的实际三相输入电流相比较后，通过对各相功率开关的滞环控制，使实际交流输入电流跟踪参考值，实现输入电流的直接反馈控制。