PWM整流器分类介绍

工作原理：
• 在系统瞬时功率不变的前提下，将三相静止坐标系下 的整流桥相电压变换到两相静止坐标系下（即3/2变 换），用一个模为2Uo/3的空间电压矢量在复平面上表 示出来。 • 由于三相VSR开关是双电平控制，电压矢量只有2*2*2 = 8种，其中Uo (0 ，0，0)、U7 (1, 1,1) 为零矢量， 其余6个非零矢量对称均匀分布在复平面上。在每个开 关周期中对任何给定空间电压矢量U均可用相邻两个有 效开关矢量和零矢量来等效。 • 在一个载波周期内，开关管的导通总是以零矢量开始 并以零矢量结束。
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因此，为了实现整流器输出直流电流的恒定和输入端 接近单位功率因数，三相电流型PWM整流器的控制实际 上是一个双环控制系统。
• 外环是直流电流控制环，其目的一般是保持 的恒定。 在直流电流环中，采样的直流电流与给定值进行比较， 产生的误差经过PI调节后，输出作为整流器的网侧电 流峰值指令， ，将 与同步信号(单位幅值正弦波) 相乘，作为网侧电流指令信号 ，由 及 组成交流 电流控制环，其目的是要求网侧电流 跟踪给定电 流 ，也即实现了网侧电流对网侧电压的相位跟踪。
3 .PWM整流器的分类
• （1）按输出滤波方式分为：电压型和电流型； 电流型PWM整流器输出端采用串联滤波电感以维持输出电 流低纹波，具有近似电流源的特性。 电流型PWM整流器又称为Buck型整流器，如图2-1所示。交 流侧由L, C组成二阶低通滤波器，以滤除交流侧电流中的 开关谐波;直流侧接大电感，使直流侧电流近似为平滑的直 流。开关器件由可控器件与二极管串联组成扩以提高器件 的反向阻断能力。与电压型PWM整流器相似，电流型PWM整 流器具有四象限运行的能力.
• 以下将详细介绍: • （１）基于虚拟磁链的电压型PWM整流器直 接功率控制：
（2）基于电压定向的电压型ＰＷＭ整流器 控制：
流内环提供指令电流;电流内环则根据指令电流进行电流快 速跟踪控制.
• 直接电流控制原理图：
• 三相电流型PWM整流器有两个被控变量:直流侧电流 和网侧电流 。
• 直流侧电流的控制目标主要是要求整流器直流侧提供 恒定的直流电流，为此要求 控制具有良好的抗扰性 能; • 而交流电流的控制目标主要是实现整流器网侧电流的 正弦波控制，甚至要求网侧电流与电压同相位，因此 网侧电流的控制更侧重电流的跟随性能。
• 改进办法：
• 引入电流微分或动态解耦的串联补偿，利用零极点对 消的原理可以改善整流器的电流响应特性，在间接电 流控制基础上增加功率因数角闭环，通过模糊控制器 对交流侧电压幅值和相位进行前馈补偿，可以使PWM 整流器在电网电压波动或电路参数变化等扰动下保持 单位功率因数和稳定的直流输出电压。 • 这些改进方案的提出，可以促进间接电流控制实用化。
从开关逻辑形成的角度来分，主要有三类：
• 空间矢量脉宽调制(SVPWWM调制控制(PMC)。
空间矢量脉宽调制(SVPWM) • 空间矢量脉宽调制（SVPWM)是目前应用广泛 的高频调制方式。
• 特点：
• （1）它具有直流电压利用率高； • （2）开关次数少； • （3）易于实现数字控制的优点；
• （1）具有能量双向流动：即当直流侧电压高于电源侧电压 峰值时，能实现DC-AC逆变，将能量回馈到电网；
• （2） 网侧电流谐波低；
• （3）高功率因数，理论上可以达到1；其实我们在控 制中如果利用功率定向控制，只要把无功功率的参考 值设为0，即可实现功率因数1； • （4）恒定直流电压电流控制；
• （5）谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而 使谐波放大，谐波引起的危害倍增，甚至引起严重事故；
• 提高功率因数、抑制和消除谐波已成为电力电子技术中的 重大课题，其中PWM整流器现在已经成为大家关注的焦点。
• PWM (Pulse Width Modulation)整流器是采用全控型器件 组成的高频整流电路。 • 与传统的二极管整流器或晶闸管整流器相比，它具有以下 特点，这恰好弥补了二极管整流电路的不足：
PWM技术及其在控制中的应用
1.PWM产生的背景
• 传统的整流方式通常采用二极管不可控整流方式或者 晶闸管相控整流方式。传统的整流器存在如下缺点:
• （1）整流器从电网吸取畸变的电流，造成电网的谐波 污染; • （2）由于整流器件结构的单向性，直流侧能量无法回 馈电网; • （3）整流电路在深控状态下网侧功率因数低； • （4）由于整流器件的不可控或不完全可控，系统动态 响应慢；
• 缺点：
• （a）系统动态性能不佳，整流 器的输入电感具有较 大时间常数，而幅相控制没有采取任何措施补偿电感 的时滞作用; • （b）动态过程中存在直流电流偏移和很大的电流过冲， 而控制器本身没有限流功能，因而需要有过流保护; • （c）控制信号的运算过程中用到电路的参数，控制信 号对系统参数的波动较为敏感。
2 国际，国内研究现状
• 从20世纪80年代后期开始，高功率因数PWM整流技术就己经 成为国内外研究的热点。目前开发出的新型高功率因数PWM 整流器可以以多种形式应用于电力系统。 • （1）中小功率的整流器主要应用于高精度、要求动态响应 快的AC/DC转换，如充电电源； • （2）中大功率的整流器主要应用在传动和UPS领域； • 产品如许继电源公司研制的30~100kVA三相输出和30~50 kVA单相输出的大功率UPS； • 在传动领域，富士电机公司研制出了新型双PWM交流调速 系统:大功率的整流器可以应用于柔性交流输电系统(FACT S)和新型静止无功发生器(AVSG)等领域。
• 如果U在复平面上匀速旋转，就对应得到了三相对称 的正弦量。受到开关频率和矢量组合限制， U的等效 矢量只能以某一步进速度旋转因此矢量端点的运动轨 迹是一个多边形准圆轨迹，PWM开关频率越高，步进 间隔越小，多边形准圆轨迹就越接近于圆形。
• 特点:
• 这种高功率变换器主要损耗是开关损耗，因此，优化 开关逻辑，降低开关损耗成为SVPWM技术的关键.
• 不知之处： • 由于需要较大的直流储能电感，以及交流侧LC滤波环节所 致的电流畸变、振荡等问题，使其电路结构和控制相对复 杂，从而制约了电流型电路的应用和研究。
• 电流型PWM整流器结构图：
电压型PWM整流器
• 电压型PWM整流器是以输出端 并联滤波电容 以维持输出 电压低纹波，具有近似电压源的特性。由于其电路结构简 单，便于控制，响应速度快，目前研究及实际应用较多的 是电压型电路。
(2)直接电流控制
• 直接电流控制(Direct Current Control)与间接电流控制 主要区别在于 引入了电流环 ，提高了系统的动态响应速 度。 • 对网压而言，电流内环实质起到前馈作用;控制电路具有限 流保护能力，由于系统在每一个载波周期都对电流进行比 较，因此故障情况下过电流保护迅速，可靠性高。 • 该控制方案物理意义清晰，控制电路简单，控制效果良好。 • 直接电流控制中双闭环控制是目前应用最广泛，最实用化 的控制方式，其中电压外环是控制直流侧电压的，并给电
• 传统的整流电路产生了大量的无功功率和谐波，对电网造 成了严重的污染。主要体现在:
• （1）无功功率会导致电流增大和视在功率增加，使设备容 量增加； • （2）无功功率增加，会使线路总电流增加，造成设备和线 路损耗增加;并且使线路电压降增大，冲击性的无功负载还 会使电压剧烈波动； • （3）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，使电气测 量仪表不准确； • （4）谐波影响电气设备的正常工作，使设备过热，绝缘老 化，寿命缩短以致损坏；
4.系统的控制策略
• 从瞬态电流的控制角度上根据是否直接检测瞬态输入 电流作为反馈控制电流可分为：直接和间接电流控制。 • （1）间接电流控制(Indirect Current Control)又称 为幅相控制，系统电流控制是建立在稳态矢量关系基 础上的，通过对整流器交流侧电压基波分量的幅值和 相位进行控制，间接实现对网侧电流的控制。 • 优点：不需要电流互感器，控制简单，易于实现。