内容发布更新时间 : 2024/9/20 1:09:22星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

两电平PWM 整流器的调制策略研究

摘要：

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无论是不控整流电路，还是相控整流电路，功率因数低都是难以克服的缺点。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。可以最大克服功率因数低，谐波多等问题。本文详细分析单相电压型PWM整流电路的工作原理和工作模式，说明通过对PWM电路进行控制，选择合适的工作模式和工作时序，可使PWM整流电路的输出直流电压得到有效的稳定。同时也调节了交流侧电流的大小和相位，实现能量在交流侧和直流侧的双向流动，并使变流装置获得良好的功率因数。

同时通过对输出电压的波形进行实验仿真分析，通过FFT工具对输出电压波形的谐波含量进行分析，以达到最优输出波形。

最后建立其Matlab的仿真模型，验证了设计的正确性。

关键词： 单相电压型PWM；整流；功率因数；Matlab仿真；直流侧，

第一章 绪论

1.1 概述

PWM调制是现代发展起来的一项技术，早工程上主要有滞环比较法和三角波比较法，较之后者，滞环比较控制的硬件电路简单，属于实时控制，电流响应快对负载的适应性强，由于不需要载波，所以输出电压不含特定频率的谐波分量

PWM整流电路是采用脉宽调制技术和全控型器件组成的整流电路，能有效地解决传统整流电路存在的问题。通过对PWM整流电路进行有效的控制，选择合 适的工作模式和工作时序，从而调节了交流侧电流的大小和相位，使之接近正弦波并与电网电压同相或反相，不但有效地控制了电力电子装置的谐波问题，同时也使得变流装置获得良好的功率因数。 1.2 研究意义及背景

在所有的静止电力变换电路中，整流电路是最早出现的，常用的整流电路拓

扑结构早在二、三十年代使用汞弧整流器时就已成熟[1]-[4]。除直接使用直流电源的设备外，大部分DC/AC和DC/DC装置的输入直流电压是经不控或相控整流得到的，故整流电路的应用也最广。据1992年日本电气学会的调查报告[5]，在所有的电力电子设备中，整流装置要占到近70%之多。由于整流器的用量如此之大，所以它的输入特性对电网有很大影响。

概括来讲，传统的二极管不控整流和晶闸管相控整流器的主要缺陷是： (1)对公用电网产生大量的谐波；

(2)整流器工作于深度相控状态时，装置的功率因数极低；

(3)输出侧需要较大的平波电抗和滤波电容以滤除纹波。这导致装置的体积、重量增大，损耗也随之上升；

(4)相控导致调节周期长，加之输出滤波时间常数又较大，所以系统动态响应慢。以上缺点中的三、四条还仅是影响装置本身的性能，而头两条，尤其是产生大量的谐波，对公用电网产生了严重的污染，已成为公认的电网公害。

电网无功的副作用主要表现为降低了发电、输电设备的利用率，增加了线路损耗。无功还使线路和变压器的电压降增大。

至于谐波，它对公用电网的影响更为严重。它的危害主要有以下几个方面： (1)谐波增加了公用电网的附加输电损耗，降低了发电、输电设备的利用率；

(2)在电缆输电的情况下谐波以正比于其电压幅值的形式增加了介质的电场强度，缩短了电缆的使用寿命，还增加了事故次数和修理费用；

(3)谐波会影响用电设备的正常工作。比如谐波对电机产生附加转矩，导致不希望的机械震动、噪声。还会引入附加铜损、铁损，以及过电压，导致局部过热，绝缘老化，缩短设备使用寿命。瞬时的谐波高压还可能损坏其它一些对过电压敏感的电子设备；

(4)谐波还引起某些继电器、接触器的误动作； (5)谐波使得常规电气仪表测量不准确；

(6)谐波对周围的环境产生电磁干扰，影响通信、电话等设备的正常工作； (7)谐波容易使电网产生局部的并联或串联谐振，而谐振导致的谐波放大效应又进一步恶化和加剧了所有前述问题[6]。

随着用电设备谐波标准日益严格，采用高功率因数，低谐波的高频开关模式PWM整流器，代替传统的二极管不控整流和晶闸管相控整流装置是大势所趋。和传统整流器相比，PWM整流器可以控制交流电源电流为畸变很小的正弦化电流，且功率因数为1。此外，PWM整流器比起传统相控整流器相比较，体积，重量可以大大减小，动态响应速度也可以显著提高。 1.3 PWM整流器的分类及特点

PWM整流器也称开关模式整流器(SMR：Switch Mode Rectifier)。从不同的角度看PWM整流器有不同的划分。

按是否具有能量回馈功能，将PWM整流器分成无能量回馈功能的整流器(PFC—Power Factor Correction)和具有能量回馈功能的整流器。

按电路的拓扑结构和外特性，PWM整流器分为电压型(升压型或Boost型)和电流型(降压型或Buck型)。升压电路的基本特点是输出直流电压高于输入交流线电压峰值，这是其升压型拓扑结构决定的。升压型整流器输出一般呈电压源特性，但也有工作在受控电流源的时候。降压电路输出直流电压总低于输入的交流峰值电压，这也是由电路拓扑结构决定的。降压型整流器输出一般呈电流源，但有时候也工作在受控电压源状态。无论哪种PWM整流电路，都基本能达到单位功率因数。但在谐波含量，控制复杂性，动态性能，电路体积、重量、成本方面有较大差别。