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，向低調節會惡化輸入特性，甚至不能工作。

　　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。圖5-47給出交流輸入回路基波等效電路及各種運行狀態下的相量圖。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。

　　2

　　圖（b）為PWM整流狀態，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，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是一種必須的變流電路方案。

　　圖（d）為無功補償狀態，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。這種運行狀態的電路被稱為無功功率發生器SVG（Static Var Generator），用于電力系統無功補償。

　　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或圖5-47（d）、（e）的運行狀態。

　　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。

　　圖給出了一種最常用的電流滯環比較直接電流控制系統結構框圖。這是一個雙閉環控制系統，外環為直流電壓控制環，內環為交流電流控制環。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調節器作比例—積分運算，以確保 實現動態調節快、靜態無差，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。

　　這種采用滯環電流比較的直接電流控制系統結構簡單，電流響應快，控制運算與電路參數無關，魯棒性好，因而應用較多。