PWM整流电路和逆变

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1、1PWM整流电路系统模型及工作原理分析系统模型是分析和设计三相VSR的基础，从不同的角度出发可以建立不同形式的系统模型，对应的控制方法也往往不同。VSR的拓扑结构常见有：单相VSR、三相VSR、三电平VSR和基于软开关调制的VSR。单相VSR的结构比较简单，故以单相VSR为例说明电压型PWM整流器的工作原理。本章主要研究三相VSR的系统模型和工作原理。1.1单相电压型PWM整流器工作原理..图1.1给出了PWM整流电路的相量图，其中UN表示电网电压，Us表示PWM.整流电路输入的交流电压，UL为连接电抗器L的电压。图中滞后的相角为，s..I与U的

2、相位完全相同，电路工作在整流状态，且功率因数为1。这就是PWMss[11]整流电路的基本工作原理。..UISS..ULUAB.UN图1.1单相PWM整流电路的向量图图1.1中的单相VSR主电路由交流回路、功率开关管桥路以及直流回路组成；忽略电感和功率开关管桥路的等效损耗电阻。其中交流回路包括交流电压e以及网侧电感L等；直流回路包括直流电容C、负载电阻RL和负载电压e等。reLT1T3LreD1D3RVLeCeLT2T4D2D41图1.1单相VSR主电路稳态工作时，单相VSR输出直流电压不变，功率开关管按PWM方式开通和关断，单相VSR交流侧输出电

3、压与单相逆变器相同。由于电感的滤波作用，忽略VSR交流侧输出电压的谐波，单相VSR可以看作是可控的正弦单相电压源。它与电网的正弦电压共同作用于输入电感L上，产生正弦输入电流。稳态条件下，re单相VSR交流侧矢量关系如图1.3所示。为简化分析，对于单相VSR模型电路，只考虑基波分量而忽略PWM谐波分量，并且不计交流侧电阻。这样从图1.3中可以分析：当以电网电压矢量为参考时，通过控制单相VSR交流侧输出电压矢量V即可实现单相VSR的四象限运行。若假设I不变，V=ωLI固定不变，在这种Lre情况下，单相VSR交流电压矢量V端点运动轨迹构成了一个以V为半径

4、的圆。LDDEE0000VAVCACLIVLVBBI（a）（b）DIDIVVLE0VLE000AVCACBB（c）（d）图1.3单相VSR交流侧稳态矢量关系其中，E为交流电网电压矢量，I为交流侧电流矢量，VL为交流侧电感电压矢量，V为VSR交流侧电压矢量。进一步分析，可得单相VSR四象限运行规律如下：（1）电压矢量V端点在圆轨迹弧AB运动时，单相VSR运行于整流状态。此时，单相VSR需从电网吸收有功及感性无功功率，电能将通过单相VSR由电网传输至直流负载。值得注意的是，当单相VSR运行在A点运行时，电流矢量Iο与电动势E滞后90，此时

5、PWM整流器网侧呈现纯电感特性，单相VSR则不从电网吸收有功功率，而只从电网吸收感性无功功率，如图1.3（a）所示。而在B2点时，电流矢量I与电动势矢量E平行且同向，此时PWM整流器网侧呈现正电阻特性，实现单位功率因数整流控制，如图1.3（b）所示。（1）当电压矢量V端点在圆轨迹弧BC运动时，单相VSR运行于整流状态。此时，单相VSR需从电网吸收有功及容性无功功率，电能将通过单相VSR由电网ο传输至直流负载。当单相VSR运行至C点时，电流矢量I与电动势E超前90，此时PWM整流器网侧呈现纯电容特性，单相VSR将不从电网吸收有功功率，而只从电网吸收

6、容性无功功率，如图1.3（c）所示。（3）当电压矢量V端点在圆轨迹弧CD运动时，单相VSR运行于有源逆变状态。此时单相VSR向电网传输有功及感性无功功率，电能将从单相VSR直流侧传输至电网。当单相VSR运行至D点时，电流矢量I与电动势矢量E平行且反向，此时PWM整流器网侧呈现负阻特性，便可实现单位功率因数有源逆变控制，如图1.3（d）所示。（4）当电压矢量V端点在圆轨迹弧DA运动时，单相VSR运行于有源逆变状态。此时，单相VSR向电网传输有功及容性无功功率，电能将从单相VSR直流侧传输至电网。显然，要实现单相VSR四象限运行，关键在于交流网侧电

7、流控制。对于单位功率因数的单相VSR，必须控制交流网侧电流，使单相VSR运行在图1.3中的B点和D点。1.1三相VSR系统模型三相VSR主电路结构如图1.4所示，T1~T6为整流器功率开关管，D1~D6为续流二极管，在功率管不导通时，电流可以在二极管中续流。3idcT1T3T5idcD1D3D5eaLreiaRreaRdebibbCU0dcdcecicc+Ed-T4T6T2D4D6D2N图1.4三相VSR主电路结构三相VSR的整流桥开关信号Sk做如下的定义：1上桥臂导通，下桥臂关断S（k=a，b，c）k0上桥臂关断，下桥臂导通为了分析的方便

8、，做如下的假设：（1）电网输入为理想电源即三相电压平衡（ea、eb、ec波形为幅值相等、相ο位相差120的理想正弦波）。（