大工16春《电源技术》大作业

1、大连理工大学电源技术大作业姓名： 学号： 学习中心： 奥鹏远程教育青岛学习中心（直属）25VIP题目四：三相PWM整流电路分析总 则：围绕三相PWM整流电路，介绍其工作原理，并简述其在实际中的应用。撰写要求：（1）介绍PWM整流电路的分类。（2）介绍三相PWM整流电路的工作原理。（3）简述三相PWM整流电路在实际中的应用。（4）学习心得三相PWM整流电路分析1. PWM整流电路的分类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，如图所示。交流侧由L, C组成二阶低通滤波器，以滤

2、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。电流型PWM整流器结构图：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。2.三相PWM整流电路的工作原理PWM整流器与以往的整流器相比，具有以下的优良性能：(1)网侧电流为正弦波；(2)网侧功率因数可控制(如单位功率因数控制)；(3)电能双向传输：(4)较快的动态控制响应。由于

3、PWM整流器电能可双向传输，当PWM整流器从电网吸收电能时，其运行于整流工作状态；而当PWM整流器向电网传输电能时，其运行于有源逆变状态。所谓单位功率因数是指：当PWM运行于整流状态时，网侧电压、电流同相位(正阻特性)；当PWM运行于有源逆变状态时，其网侧电压、电流反相位(负阻特性)。进一步研究表明，由于PWM整流器其网侧电流及功率因数均可控制，因而可被推广应用于有源电力滤波及无功补偿等其它一些非整流器应用场合。由此可见，PWM整流器实际上是一个其交、直流侧可控，可以在四象限运行的变流装置。图1-1为PWM整流器模型电路，该电路由交流回路、功率开关桥路以及直流回路组成。其中交流回路包括交流电动

4、势以及网侧电感等，直流回路包括负载电阻及负载电动势等；功率开关管整流电路可由电压型或电流型整流电路组成。图1-1 PWM整流器模型电路图将普通整流电路中的二极管或晶闸管换成IGBT或MOSFET等自关断器件，并将SPWM技术应用于整流电路，这就形成了PWM整流电路。通过对PWM整流电路的适当控制，不仅可以使输入电流非常接近正弦波，而且还可以使输入电流和电压同相位，功率PWM整流电路由于需要较大的直流储能电感以及交流侧LC滤波环节所导致的电流畸变、振荡等问题，使其结构和控制复杂化，从而制约了它的应用和研究。相比之下，电压型PWM整流电路以其结构简单，较低的损耗等优点，电压型PWM整流电路的成功应

5、用更现实故选择电压型PWM整流电路进行研究。图1-4 PWM整流电路两种运行方式向量图a）整流运行 b）逆变运行图1-5 三相PWM整流电路三相PWM整流电路主要结构如图所示，其工作原理和单相PWM整流电路类似。通过对电路进行SPWM控制，就可以在桥的交流输入端ABC产生一个正弦调制PWM波，。，对各相电压按图1-4a)的向量图进行控制，就可使各相电流，为正弦波且和电压相位相同，功率因数为1。3.三相PWM整流电路在实际中的应用目前在PWM整流器中得到广泛应用的电力电子器件主要有如下几种：3.1门极可关断晶闸管(GTO)GTO是最早的大功率自关断器件，是目前承受电压最高和流过电流最大的全控型器

6、件。它能由门极控制导通和关断，具有通过电流大、管压降低、导通损耗小，dv/dt耐量高等优点，目前已达6KV/6KA的应用水平，在大功率的场合应用较多。但是GTO的缺点也很明显，驱动电路复杂并且驱动功率大，导致关断时间长，限制了器件的开关频率；关断过程中的集肤效应容易导致局部过热，严重情况下使器件失效；为了限制dv/dt，需要复杂的缓冲电路，这些都限制了GTO在各个领域的应用，现在GTO主要应用在中、大功率场合。3.2电力晶体管（GTR）电力场效应管又称为巨型晶体管，是一种耐高压、大电流的双极结型晶体管，该器件与GTO一样都是电流控制型器件，因而所需驱动功率较大，但其开关频率要高于GTO，因而自

7、20世纪80年代以来，主要应用于中小功率的变频器或UPS电源等场合。目前其地位大多被绝缘栅双极晶体管(IGBT)和电力场效应管（PowerMOSFET）所取代。3.3电力场效应管（PowerMOSFET）电力场效应管是用栅极电压来控制漏极电流的，属于电压控制型器件，因此它的第一个显著特点是驱动电路简单，需要的驱动功率小。其第二个显著特点是开关速度快，工作频率高。另外PowerMOSFET的热稳定性优于GTR。但是PowerMOSFET电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的场合。3.4绝缘栅双极晶体管(IGBT)IGBT是后起之秀，将MOSFET和GTR的优点于一身，既具有MOSF

8、ET的输入阻抗高、开关速度快的优点，又具有GTR耐压高、流过电流大的优点，是目前中等功率电力电子装置中的主流器件。目前的应用水平已经达到3.3KV/1.2KA。栅极为电压驱动，所需驱动功率小，开关损耗小、工作频率高，不需缓冲电路，适用于较高频率的场合。其主要缺点是高压IGBT内阻大，通态压降大，导致导通损耗大；在应用于高（中）压领域时，通常需要多个串联。3.5集成门极换流晶闸管(IGCT)和对称门极换流晶闸管(SGCT)IGCT是在GTO的基础上发展起来的新型复合器件，兼有MOSFET和GTO两者的优点，又克服了两者的不足之处，是一种较为理想的兆瓦级、高（中）压开关器件。与MOSFET相比，I

9、GCT通态压降更小，承受电压更高，通过电流更大；与GTO相比，通态压降和开关损耗进一步降低，同时使触发电流和通态时所需的门极电流大大减小角，有效地提高了系统的开关速度。IGCT采用的低电感封装技术使得其在感性负载下的开通特性得到显著改善。与GTO相比，IGCT的体积更小，便于和反向续流二极管集成在一起，这样就大大简化了电压型PWM整流器的结构，提高了装置的可靠性。其改进形式之一称为对称门极换流晶闸管(SGCT)，两者的特性相似，不同之处是SGCT可双向控制电压，主要应用于电流型PWM中。目前，两者的应用水平已经达到6KV/6KA。学习心得随着PWM整流器在工业领域的广泛应用和电力电子技术的不断发展对PWM整流器控制策略的研究将不断深人其控制技术主要向以下几方面发展：(1)电网不平衡条件下PWM整流器的控制技术研究目前关于电网处于不平衡状态时，PWM整流器的研究主要围绕整流器嗣侧的电感及直流侧电容的设计准则，或者是通过控制系统本身去改善和抑制整流器输入侧的不平衡因素。为了使PWM整流器在电网处于不平衡状态下仍能正常运行，必须提出相应的控制策略。(2)将非线性控制理论应用到PWM整流器控制技术中为提高PWM 整流器的性能，国内外学者开始将非线性状态反馈控制、Lyapunov非线性大信号方法以及无源性控制理论应用到PWM整流器控制中。仍然需