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1、网络教育学院《电源技术》课程设计题目：PWM整流技术综述学习中心：浙江长兴奥鹏学习中心【13】B层次：高中起点专科专业：电气工程及自动化年级：2010年春/秋季学号：200802029162学生：柏征宇辅导教师：许伟完成日期：2010年02月25日PWM整流技术综述摘 要:PWM整流器以其优越的性能和潜在的优势得到了广泛地应用。文章介绍了各种PWM方法及在PWM整流器中的实现和应用,并就目前PWM整流技术在主电路结构及其控制策略方面的研究现状进行了综述。关键词:PWM;整流器;电压源型;电流源型引 言PWM技术从最初追求电压波形正弦
2、,到电流波形正弦,再到磁通的正弦,取得了突飞猛进的发展。而PWM整流器具有输入电流正弦,谐波含量低,功率因数高及双向能量流动,体积小及重量轻等特点,在功率因数补偿,电能回馈,有源滤波等领域得到越来越广泛的应用。按是否具有能量回馈功能,PWM整流器可分为无能量回馈整流器和有能量回馈整流器;按主电路拓扑结构和外特性分,PWM整流器可分为电压源型和电流源型高频整流器。近年来,为了提高PWM整流器性能,在控制策略上有不少现代控制方法和技术在整流器中的应用研究,如基于Lya-Punov稳定理论的控制策略;基于现代控制理论的模糊控制、滑模变结构
3、控制策略和基于人工神经网络理论的控制策略等。本文从整流器的主电路拓扑结构和控制策略着手,对该项技术进行了综述。1. PWM整流器主电路拓扑结构和工作原理 PWM整流器按其主电路拓扑结构分为单开关与多开关型;根据输入电源相数分为单相和三相PWM整流电路;按电路结构和特性分为电压源型和电流源型。由于单相PWM整流器功率小,应用少,下面只介绍目前在实际应用广泛的三相PWM整流器。1.1 无能量回馈功能的整流器无能量回馈型单管三相PWM整流电路如图1所示,(a)为boost型,(b)为buck型,其最大的优点是简单、经济。由于仅有一个可控
4、元件,要使三相电流均为正弦波且与电压同相位是十分困难的,一般这种电路只工作在DCM方式(不连续电流模式),这时每相电流峰值和每相电压成正比,每相电流峰值为正弦,由于电流不连续,自然形成零电流开通。开关管在关断时,要关断三相电流,所以关断损耗大,并且随着输出功率增大,输入电流的峰值迅速增加,电流应力问题更加突出。为了解决这一问题,我们可用同一个脉冲驱动三个下管,这时可将电流应力减少30%左右。1.2 有能量回馈功能的整流器1.2.1 电压源型三相桥式PWM整流器图2是三相电压型PWM整流器主电路,它具有很快地响应和更好的输入电流波形,
5、稳态工作时,输出直流电压不变,开关管按正弦规律脉宽调制,整流器交流测的输出电压和逆变器相同,忽略整流器输出交流电压的谐波,变换器可以看作是可控正弦三相电压源,它和正弦的电网电压共同作用于输入电感,产生正弦电流波形,适当控制整流器输出电压的幅值和相位,就可以获得所需大小和相位的输入电流。1.2.2 电流源型三相PWM整流器与图2相对偶的是图3所示的电流源型三相PWM整流器,其输出呈直流电流源特性,利用正弦调制方法控制直流电流I在各开关器件的分配,使交流电流波形接近正弦波,且和电源电压同相位,交流侧电容的作用是滤除与开关频率有关的高次谐
6、波。电流源型整流器的优点是:①由于输出电感的存在,它没有桥臂直通过流及输出短路问题;②开关器件直接对直流电流作脉宽调制,所以其输入电流控制简单,控制速度快。缺点是:①整流器输出电感的体积、重量和损耗大;②常用的全控器件都是双向导通的,主电路构成不方便且通态损耗大。1.2.3 其它类型PWM整流器除上述的电压源型和电流源型PWM整流器外,从基本电路结构上还派生出了一些其它的电路形式,如三相四线型的PWM整流器,它能为后端的三相UPS提供中点而无需变压器;再如低成本四开关三相整流电路,它比常规三相整流器少用一个桥臂。另外一种很有应前景的
7、整流器如图4所示的三电平PWM整流器,应用开关频率较低的GTO时,这种电路较合适,开关频率在300～600Hz时就能满足对输入电流谐波的要求,这种电路的另一优点是每个主开关器件关断时所承受的电压仅为直流侧电压的一半,因此,该电路特别适合于高电压大容量的应用场合。2 PWM整流器的控制方式PWM控制技术主要有电压控制PWM、电流控制PWM、空间电压矢量控制、谐振开关控制PWM等多种。为了提高PWM整流器的动态性能和稳态性能,比较成功地应用于PWM整流器的控制方案主要有以下几种控制策略。2.1 间接电流控制间接电流控制即幅相控制,它以控
8、制变流器前端输入点电压的幅值和相位来达到控制输入电流相位的目的,常用的间接电流控制系统结构图如图5所示,其中PWM整流器主电路为图2所示电路,系统以直流侧电压作闭环控制,电压环采用PI调节器,PI调节器输出信号作电流指令,的大小和整流
