引言
众所周知,在传统的整流电路中,晶闸管可控整流装置的功率因数会随着其触发角的增加而变坏,这不但使得电力电子类装置成为电网中的主要谐波因素,也增加了电网中无功功率的消耗。
因为PWM整流器从交流电网吸取跟电网电压同相位的正弦电流,其输入端的功率是电网频率脉动的两倍。 2 单相电压型桥式整流电路的工作原理 可以看出,如果采用合适的PWM方式,使产生的调制电压与网压同频率,并且调节调制电压,以使得流出电网电流的基波分量与网压相位一致或正好相反,从而使得PWM整流器工作在如图2所示的整流或逆变的不同工况,来完成能量的双向流动。 假设整流时有: 设Ucm为三角载波幅值;us(t)为单极性SPWM波,采用状态空间平均模型分析,us在一个开关周期内的平均值表示为: 时能否使得交流侧获得高功率因数,此时有: 从相量图及式(8)可以看出为保持单位功率因数,通过脉宽调制的适当控制,在不同的负载电流下,使向量端点轨迹沿直线AB运动。同理也能得到逆变工况下的运行条件,这里不再赘述。 3 单相电压型PWM整流电路工作过程分析
式中:Uc*是直流输出参考电压。对式(9)做拉氏变换,得到Id与Ud的传递函数: 假设PWM开关频率足够高,电流滞环可以使用一个小惯性环节代替,从而产生网侧参考电流Id*到Id的传递关系: 式中:Ti电流滞环等效时间常数。为了滤除直流电压偏差中的二次纹波,可设计一个低通滤波器,若采用简单的一阶低通滤波器,则截止频率(fc=1/Tc)一般选在二分之一基波频率以下,滤波器传递函数为: 根据前述分析得到采用直接电流控制策略时单相PWM整流器的控制框图如图4所示。参考电压Udref与直流侧输出电压Ud的差值,经低通滤波器后经PI调节与正弦同步信号相乘,产生参考电流信号isref,与相应的源侧电流反馈信号isf,做比较,形成电流偏差信号,这样随着桥入端电平更迭,网侧电流将始终围绕电流给定值升降,把偏差信号加入相应的输入调节电压前馈,经滞环控制就得到调制信号,该调制信号与三角波载波相比较产生开关脉冲,经输出去控制理想开关。 5 单相电压型桥式PWM整流电路的仿真 其中各个功能块用子系统封装好。主要有控制功能块:包括电压比较,电流比较,PI,P调节,低通滤波,三角载波信号功能子模块,正弦同步信号输出模块。对全桥整流部分进行了封装,结构和图1所示相同。系统仿真参数如下:交流侧电网电压220 V,工频直流侧电阻R=10 Ω。主电路储能元件参数为LN=3 mH,C=143μF。PI参数Ki=2.3,τi=128。直流侧参考电压仿真结果如图6所示。 从图6中可看出仿真电路稳定运行后交流侧电流为规则正弦波且与交流侧电压同相位。仿真后的电路功率因数稳定后,大于0.995基本接近于1。
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