三相橋式PWM整流電路分析

【摘要】為了抑制電力電子裝置產(chǎn)生的諧波，其中的一種方法就是對整流器本身進行改進，使其盡量不產(chǎn)生諧波。通過對各個電力半導(dǎo)體器件的通斷進行 PWM調(diào)制，使輸入電流成為接近正弦且與電源電壓同相的PWM波形，從而得到接近1的功率因數(shù)。本文主要對電壓型三相半橋式PWM整流電路進行分析，在此基礎(chǔ)上對PWM 整流技術(shù)加以探討，對PWM整流裝置的維護和設(shè)計有一定參考價值。

【關(guān)鍵詞】PWM整流；三相橋

1.引言

隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通、家庭等眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛，大量的非線性負(fù)載被引入電網(wǎng)，導(dǎo)致了日趨嚴(yán)重的諧波污染。電網(wǎng)諧波污染的根本原因在于電力電子裝置的開關(guān)工作方式，引起網(wǎng)側(cè)電流、電壓波形的嚴(yán)重畸變。

為了抑制電力電子裝置產(chǎn)生的諧波，其中的一種方法就是對整流器本身進行改進，使其盡量不產(chǎn)生諧波，且電流和電壓同相位。這種整流器稱為高功率因數(shù)變流器或高功率因數(shù)整流器。高功率因數(shù)變流器主要采用PWM整流技術(shù)，一般需要使用自關(guān)斷器件。只要對整流器各開關(guān)器件施以適當(dāng)?shù)腜WM控制，就可以對整流器網(wǎng)側(cè)交流電流的大小和相位進行控制，不僅可實現(xiàn)交流電流接近正弦波，而且可使交流電流的相位與電源電壓同相，即系統(tǒng)的功率因數(shù)總是接近于1。本文主要對電壓型三相半橋式PWM整流電路進行分析，在此基礎(chǔ)上對PWM 整流技術(shù)加以探討，對PWM整流裝置的維護和設(shè)計有一定參考價值。

2.傳統(tǒng)整流電路的存在的問題

在我國，當(dāng)前主要的諧波源主要是一些整流設(shè)備，如化工、冶金行業(yè)的整流設(shè)備和各種調(diào)速、調(diào)壓設(shè)備以及電力機車。傳統(tǒng)的整流方式通常采用二極管整流或相控整流方式，采用二極管整流方式的整流器存在從電網(wǎng)吸取畸變電流，造成電網(wǎng)的諧波污染，而且直流側(cè)能量無法回饋電網(wǎng)等缺點。采用相控方式的整流器也存在深度相控下交流側(cè)功率因數(shù)很低，因換流引起電網(wǎng)電壓波形畸變等缺點。這些整流器從電網(wǎng)汲取電流的非線性特征，給周圍用電設(shè)備和公用電網(wǎng)都會帶來不利影響。因此，十分必要開發(fā)趨于理想?yún)?shù)的更優(yōu)電路，電壓型三相半橋式PWM整流電路就是其中一種。

3.三相橋式PWM整流電路

3.1 整流電路的理想狀態(tài)

為使交流電流的相位與電源電壓同相，即系統(tǒng)的功率因數(shù)接近于1。整流電路的理想狀態(tài)有以下要求：

（1）網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)λ=1

（2）輸出電壓u0≡U0（電壓型）或輸出電流i0≡I0（電流型）

（3）具有雙向傳遞電能的能力

（4）能實現(xiàn)輸出電壓的快速調(diào)節(jié)以保證系統(tǒng)有良好的動態(tài)性能

（5）具有較高的功率密度

（6）整流電路無內(nèi)耗，即電路中所有元器件均無損耗

3.2 PWM整流電路分析

所謂PWM整流電路指采用PWM控制方式和全控型器件組成的整流電路。由于它在不同程度上解決傳統(tǒng)低頻整流電路存在的問題，得到國內(nèi)外的重視。由于PWM主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與逆變電路十分相似，因此逆變電路獲得成功的經(jīng)驗和技術(shù)都可以順利地移植到PWM整流電路，所以近年來發(fā)展較快。

三相PWM整流橋主電路包括交流側(cè)的電感、電阻、直流輸出電容，以及由全控開關(guān)器件和續(xù)流二極管組成的三相半橋電路。電阻R為濾波電感L的等效電阻和功率開關(guān)管損耗等效電阻的合并，C為直流側(cè)支撐電容，其主要作用為緩沖三相電壓型PWM整流器交流側(cè)與直流負(fù)載間的能量交換，且穩(wěn)定VSR直流側(cè)電壓，抑制直流側(cè)諧波電壓。

這一方案是基于d軸的矢量控制方案。d軸是一種以指定速度轉(zhuǎn)動的二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。在交流電動機調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)采用按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制方案時便會使用這種坐標(biāo)系，因為轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的。但在靜止的整流電路交流側(cè)采用這種坐標(biāo)系進行控制的原因就需要略加解釋。

4.結(jié)束語

通過對三相橋式PWM整流電路的分析，我們對其動態(tài)性能和工作模式，控制原理已有一定清晰的思路，未來研究主要是探索新的拓?fù)潆娐泛腿绾翁岣哒髌鞯姆€(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。國內(nèi)外中小型的PWM整流器已有成功的應(yīng)用，而大功率PWM整流器應(yīng)用仍需研究和完善。一方面，主電路拓樸的多樣化，必然會引起控制方法的變異，甚至?xí)a(chǎn)生更新、更簡單的控制方法；另一方面，現(xiàn)代控制理論和計算機技術(shù)的發(fā)展也為新的方法的出現(xiàn)奠定了堅實的基礎(chǔ)，現(xiàn)在狀態(tài)反饋控制、變結(jié)構(gòu)控制已經(jīng)逐漸應(yīng)用到PWM整流器的控制中來?？梢云硗?，PWM整流終將成整流電路的主流。

參考文獻

[1]王兆安，張明勛.電力電子設(shè)備設(shè)計和應(yīng)用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[2]鄔偉揚等.三相電壓源型PWM可逆整流器的新型相位幅值控制[M].電力電子技術(shù)，2000.