PWM整流电路的原理及控制

　　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，它能在不同程度上解决传 统整流电路存在的问题。把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就形成了PWM整流电路。通过对PWM整流电路进行控制，使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，则功率因数近似为1。因此，PWM整流电路也称单位功率因数变流器。

　　1.单相PWM整流电路

　　单相桥式PWM整流电路如图1所示。按照自然采样法对功率开关器件VT1～VT4进行SPWM控制，就可在全桥的交流输入端AB间产生出SPWM波电压《？XML:NAMESPACE PREFIX = V /》 。 中含有和正弦调制波同频、幅值成比例的基波，以及载波频率的高次谐波，但不含低次谐波。由于交流侧输入电感Ls的作用，高次谐波造成的电流脉动被滤除，控制正弦调制波频率使之与电源同频，则输入电流 也可为与电源同频正弦波。

　　单相桥式PWM整流电路按升压斩波原理工作。当交流电源电压 时，由VT2、VD4、VD1、Ls和VT3、VD1、VD4、Ls分别组成两个升压斩波电路。以VT2、VD4、VD1、Ls构成的电路为例，当VT2导通时， 通过VT2、VD4向Ls储能；当VT2关断时，Ls中的储能通过VD1、VD4向直流侧电容C充电，致使直流电压 高于 的峰值。当 时，则由VT1、VD3、VD2、Ls和VT4、VD2、VD3、Ls分别组成两个升压斩波电路，工作原理与 时类似。由于电压型PWM整流电路是升压型整流电路，其输出直流电压应从交流电压峰值向上调节，向低调节会恶化输入特性，甚至不能工作。

　　输入电流 相对电源电压 的相位是通过对整流电路交流输入电压 的控制来实现调节。图5-47给出交流输入回路基波等效电路及各种运行状态下的相量图。图中 分别为交流电源电压 、电感 上电压 、电阻 上电压 及输入电流 的基波相量， 为 的相量。

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　　图（b）为PWM整流状态，此时控制 滞后 的一个 角，以确保 与 同相位，功率因数为1，能量从交流侧送至直流侧。

　　图（c）为PWM逆变状态，此时控制 超前 的一个 角，以确保 与 正好反相位，功率因数也为1，但能量从直流侧返回至交流侧。从图（b）、（c）可以看出，PWM整流电路只要控制 的相位，就可方便地实现能量的双向流动，这对需要有再生制动功能、欲实现四象限运行的交流调速系统是一种必须的变流电路方案。

　　图（d）为无功补偿状态，此时控制 滞后 一个 角，以确保 超前 90º，整流电路向交流电源送出无功功率。这种运行状态的电路被称为无功功率发生器SVG（StaTIc Var Generator），用于电力系统无功补偿。

　　图（e）表示了通过控制 的相位和幅值，可实现 与 间的任意相位 关系。

　　2.三相PWM整流电路

　　三相桥式PWM整流电路结构如图3所示，其工作原理同单相电路，仅是从单相扩展到三相。只要对电路进行三相SPWM控制，就可在整流电路交流输入端A、B、C得到三相SPWM输出电压。对各相电压按图3（b）相量图控制，就可获得接近单位功率因数的三相正弦电流输入。电路也可工作在逆变状态或图5-47（d）、（e）的运行状态。

　　PWM整流电路的控制

　　为使PWM整流电路获得输入电流正弦且和输入电压同相位的控制效果，根据有无电流反馈可将控制方式分两种：间接电流控制和直接电流控制。间接电流控制没有引入电流反馈，其动态特性差，较少应用。直接电流反馈则通过运算求出交流输入电流参考值，再采用交流电流反馈来直接控制输入电流，使其跟踪参考值，获得期望的输入特性。

　　图给出了一种最常用的电流滞环比较直接电流控制系统结构框图。这是一个双闭环控制系统，外环为直流电压控制环，内环为交流电流控制环。直流电压给定《？XML:NAMESPACE PREFIX = V /》 和实际直流电压 相比较，差值信号送PI调节器作比例—积分运算，以确保 实现动态调节快、静态无差，其输出作为直流电流参考值 。 分别乘以与三相电源电压 同相位的正弦信号 后，得到三相交流电流的正弦参考值 ，它们分别和各自的电源电压同相位，而幅值则和反映负载电流大小的直流电流参考值 成正比，这正是整流器作单位功率因数运行时所需的交流电流参考值。 和反馈的实际三相输入电流 相比较后，通过对各相功率开关的滞环控制，使实际交流输入电流跟踪参考值，实现输入电流的直接反馈控制。

　　这种采用滞环电流比较的直接电流控制系统结构简单，电流响应快，控制运算与电路参数无关，鲁棒性好，因而应用较多。