三相电压型PWM整流器及控制-PPT课件

L i e v + vdc i电路
D E VL B
E A V
D
O’ V A I
O
C
O’
O VL B I
C
a) 纯电感特性运行
D E A V B O VL I C
O’
b) 正电阻特性运行
I V A E D VL O
O’
C
B
c) 纯电容特性运行 图5 PWM整流器交流侧稳态矢量关系
传统的相控整流器虽然应用时间较长，技术也较 成熟，且被广泛使用，但仍然存在很多问题:
晶闸管换相引起网侧电压波形畸变。
网侧谐波电流对电网产生谐波“污染”。 深控时网侧功率因数降低。 闭环控制时动态响应相对较慢。 二极管整流器改善了整流器网侧功率因数，但
仍会产生网侧谐波电流；
它的不足还在于其直流电压的不可控性。
La
uLa ea upa
φ ξ UPa
Ea
I
θ
UL
单相等效电路
直接电流控制
电流滞环控制 固定开关频率控制 电流矢量控制 状态反馈控制 无差拍控制 极点配置法 二次型最优控制 Lyapunov方法 非线性状态反馈控制……
共同特点: 有电流闭环，都具有不错的动、静态性能。 不过这些方案都需要两个宽带的交流电流传感器，有 的方案甚至还需要负载电流传感器。
三相电压型PWM 整流器及控制

PWM整流器的优点 PWM整流器的拓扑结构 PWM整流器的应用领域 PWM整流器的工作原理 PWM整流器的控制 PWM整流器主电路参数选择 PWM整流器控制系统的实现
1. PWM整流器的优点 普通交－直－交变频调速系统
ARU INU Cf
滞环电流控制 是基于瞬时电流反馈的一种常用的非线性控制方式，将 实测的三相电流与参考信号比较，然后根据比较器的输 出决定开关的状态。 优点:电流跟踪精度高，响应快。 缺点:开关频率不恒定。开关频率的变化会给驱动保护电 路以及主电路的设计带来困难，对系统性能也有影响。
* U d
-
P I
* I m
-
X L c o s ( ω t + 2 k π / 3 ) ( k = 0 , 1 , 2 )
R -
u R
+
+ u d R
L
+
负 载
它在控制系统中没有引入电流闭环，而是根据电路阻抗特 性，用数学的方法代替电流闭环作用。尽管它动态响应稍 慢，还存在瞬态直流电流偏移，但具有简单的控制结构和 良好的开关特性，便于微机实现，而且可靠性高。另外还 可省去两个高精度电流传感器。适用于对动态响应要求不 高场合，具有良好的工程实用价值。
L
+ C
d
统一潮流控制器
+
串 联 变 流 器
并 联 变 流 器
超导磁能存储
超 导 线 圈
太阳能、风能等可再生能源的并网发电
+
太 阳 电 池 阵 列
风 力 机 风 力 发 电 机 G
+
其它功能（新型UPS、高压直流输电）
4、 PWM整流器的工作原理
单位功率因数的含义： 整流状态时，网侧电压、电流同相。 逆变状态时，网侧电压、电流反相。 PWM整流器网侧电流及功率因数可控。
2、PWM整流器的拓扑结构
电压源型(VSR) 按主电路结构 电流源型(ISR) 两电平型整流器 从输出电平角度
直流脉动小，输入电流连 续且简单易行，成为当今 主要研究对象。
单相半桥 单相全桥 三相半桥 三相全桥 应用于大功率场合
三电平型整流器
T1
T3 C1
负 载
- +
us
L
C1
负 载
- +
us
L
T2
C2
T2
T4
C2
(a)单相半桥
Ua Ub Ra Rb La Upa Lb Lc Uc Rc
T1
T3
T5
(b)单相全桥
+
Rf -
a
Upb b Upc
Udc
Cf
c
T2
T4
T6
（C）三相半桥 图3常用单相和三相VSR变流器结构
3、PWM整流器的用途
交流传动
有源电力滤波及无功补偿
+
R 谐波 负载 C
ARU INU Cf
~
AC电源
AC负载
图2 双PWM结构交直交变频器



PWM整流器用全控型功率开关管取代了半控型功率开 关管或二极管，以 PWM 斩控整流取代了相控整流或 不控整流。把逆变电路中的 PWM 控制技术用于整流 电路，就形成了PWM整流电路。它的优势在于： 对交流电源侧，通过适当控制，可以使电网电流波形 接近于正弦，且和输入电压同相位，电网功率因数接 近于1 ，实现单位功率因数，最大程度地提高电网的 经济效益，减少电网对周围环境的电磁污染； 对直流侧，在电网电压或负载发生变化时，能够维 持直流中间电压的稳定，给电源侧逆变器提供良好的 工作条件； 可以实现牵引与再生制动工况间快速平滑地转换， 实现电能双向传输； 动态控制响应较快。
d) 负电阻特性运行
5、PWM整流器的控制
PWM整流器的控制实际上是对交流侧电流的控制。
三相VSR的控制技术按有没有引入电流反馈可以划分为 间接电流控制（幅相控制）和直接电流控制
间接电流控制
三 角 波
* u d+
P I
i d
u d -
U,B ,C s i n ( ω t + 2 k π / 3 ) A ( k = 0 , 1 , 2 )
* i a , b , c
U d
同 步 信 号
滞 环 比 较 器 i a , b , c
三 相 V S R
电流矢量控制 电流矢量控制可以直接控制系统的有功功率和无功功率，它 的核心思想是对三相VSR网侧电流的有功、无功分量进行独 立控制。
三 相 V SR
~
L
ia,b,c a,b,c d,q Id Iq I*d 6 I*q= 0 PI PI 解耦 算 法 负 载
ARU V0 INU Cf R0
~
AC电源
~
AC负载 AC电源
AC负载
a) 不带制动回路的情况 b）带制动回路的情况 图1 普通交-直-交变频器结构图
缺点： 一，由于二极管的单向导电性能，能量只能单相传输，电机制动 的再生能量无法回馈给电网，四象限运行时需加制动回路。 二，网侧电流波形严重畸变，造成电网功率因数较低，由于整流 采用二极管整流，因此，最高功率因数大约为0.9左右。
双PWM交－直－交变频调速系统 对于功率因数很低的整流器，有两种改进方法： 最直接的方法是采用无功补偿和消除谐波的滤波器，然 而这是一种事后补救的办法。 更为积极有效的方法是对整流器本身进行改进，使其尽 量不产生谐波，且电流和电压同相位。这种整流器称为高 功率因数整流器。PWM整流器就是一种高功率因数的整 流器。