PWM整流電路工作原理

1.單相PWM整流電路

單相橋式PWM整流電路如圖1所示。按照自然采樣法對功率開關(guān)器件VT1～VT4進行SPWM控制，就可在全橋的交流輸入端AB間產(chǎn)生出SPWM波電壓 。 中含有和正弦調(diào)制波同頻、幅值成比例的基波，以及載波頻率的高次諧波，但不含低次諧波。由于交流側(cè)輸入電感Ls的作用，高次諧波造成的電流脈動被濾除，控制正弦調(diào)制波頻率使之與電源同頻，則輸入電流 也可為與電源同頻正弦波。

單相橋式PWM整流電路按升壓斬波原理工作。當(dāng)交流電源電壓 時，由VT2、VD4、VD1、Ls和VT3、VD1、VD4、Ls分別組成兩個升壓斬波電路。以VT2、VD4、VD1、Ls構(gòu)成的電路為例，當(dāng)VT2導(dǎo)通時， 通過VT2、VD4向Ls儲能;當(dāng)VT2關(guān)斷時，Ls中的儲能通過VD1、VD4向直流側(cè)電容C充電，致使直流電壓 高于 的峰值。當(dāng) 時，則由VT1、VD3、VD2、Ls和VT4、VD2、VD3、Ls分別組成兩個升壓斬波電路，工作原理與 時類似。由于電壓型PWM整流電路是升壓型整流電路，其輸出直流電壓應(yīng)從交流電壓峰值向上調(diào)節(jié)，向低調(diào)節(jié)會惡化輸入特性，甚至不能工作。

圖1 單相PWM整流電路

輸入電流 相對電源電壓 的相位是通過對整流電路交流輸入電壓 的控制來實現(xiàn)調(diào)節(jié)。圖5-47給出交流輸入回路基波等效電路及各種運行狀態(tài)下的相量圖。圖中 分別為交流電源電壓 、電感 上電壓 、電阻 上電壓 及輸入電流 的基波相量， 為 的相量。

圖2 PWM整流電路輸入等效電路及運行狀態(tài)相量圖

圖(b)為PWM整流狀態(tài)，此時控制 滯后 的一個 角，以確保 與 同相位，功率因數(shù)為1，能量從交流側(cè)送至直流側(cè)。

圖(c)為PWM逆變狀態(tài)，此時控制 超前 的一個 角，以確保 與 正好反相位，功率因數(shù)也為1，但能量從直流側(cè)返回至交流側(cè)。從圖(b)、(c)可以看出，PWM整流電路只要控制 的相位，就可方便地實現(xiàn)能量的雙向流動，這對需要有再生制動功能、欲實現(xiàn)四象限運行的交流調(diào)速系統(tǒng)是一種必須的變流電路方案。

圖(d)為無功補償狀態(tài)，此時控制 滯后 一個 角，以確保 超前 º，整流電路向交流電源送出無功功率。這種運行狀態(tài)的電路被稱為無功功率發(fā)生器SVG(Static Var Generator)，用于電力系統(tǒng)無功補償。

圖(e)表示了通過控制 的相位和幅值，可實現(xiàn) 與 間的任意相位 關(guān)系。

2.三相PWM整流電路

三相橋式PWM整流電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，其工作原理同單相電路，僅是從單相擴展到三相。只要對電路進行三相SPWM控制，就可在整流電路交流輸入端A、B、C得到三相SPWM輸出電壓。對各相電壓按圖3(b)相量圖控制，就可獲得接近單位功率因數(shù)的三相正弦電流輸入。電路也可工作在逆變狀態(tài)或圖5-47(d)、(e)的運行狀態(tài)。

圖3 三相橋式PWM整流電路