PWM整流器PPT课件

1、 目前常规整流器一般采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路。存在问题： 晶闸管相控整流电路的输入电流滞后电压，其滞后角随着触发角的增大而增大，而且输入电流中谐波分量相当大，因此功率因数低。一、整流器现状第1页/共49页tnItnnItttIinnnddsin2sin14)5sin513sin31(sin4, 5 , 3 , 1, 5 , 3 , 12), 5 , 3 , 1(22nnIIdncos9 . 0cos22cos11II一、整流器现状2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4第2页/共49页一、整流器现状b)0iudqd2t

2、i,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRuda)b)u2udi20dqti2,u2,ud第3页/共49页二、PWM整流器拓扑结构 第4页/共49页PWM整流器可以取得以下优良性能：(1)网侧电流近似正弦波(2)网侧功率因数控制(如单位功率因数控制)(3)电能双向传输，四象限运行(4)较快的动态响应二、PWM整流器拓扑结构第5页/共49页二、PWM整流器拓扑结构2021-12-121-6由交流回路、功率开关管桥路由交流回路、功率开关管桥路以及以及直流回路组成。直流回路组成。 当不计功率开关管桥路损当不计功率开关管桥路损耗时，由交、直流侧功率平衡耗时，由交、直流侧功率平衡

3、关系关系 通过模型电路交流侧的控制，就可以控制其直流侧，反通过模型电路交流侧的控制，就可以控制其直流侧，反之也成立之也成立。PWM整流器模型电路dcdcivi u第6页/共49页二、PWM整流器拓扑结构电压源型整流器电流源型整流器第7页/共49页二、PWM整流器拓扑结构 PWM工作原理主要是通过对开关器件进行有效控制，使得桥臂输入端电压为PWM调制脉冲序列。当开关频率足够高时，根据傅立叶分解，桥臂端电压为基波交流电压和高次谐波电压组成。 第8页/共49页二、PWM整流器拓扑结构 由于电感L具有的平衡和抑制高次谐波电流作用，因而可缓冲桥臂脉冲序列中的无功功率，使网侧输入电流正弦化。 直流侧电容可

4、滤除直流电流中高次谐波分量，直流分量流向负载侧，减少直流侧纹波，从而使交流侧电流正弦化，提高功率因数。 单相PWM整流电路第9页/共49页三、PWM整流器工作原理 这说明PWM整流电路可实现能量正反两方向流动，即既可以运行在整流状态，从交流侧向直流侧输送能量； 也可以运行在逆变状态，从直流侧向交流侧输送能量。而且，这两种方式都可以在单位功率因数下运行。这一特点对于需再生制动的交流电动机调速系统很重要。 第10页/共49页三、PWM整流器工作原理 要实现PWM整流器的四象限运行，关键在于网侧电流的控制。一方面，可以通过控制PWM整流器交流侧电压，来间接控制其网侧电流；另一方面，也可通过网侧电流的

5、闭环控制，直接控制PWM整流器的网侧电流。 第11页/共49页三、PWM整流器工作原理单相PWM整流电路电感升压作用电容稳压作用第12页/共49页三、PWM整流器工作原理单相PWM整流电路单极性调制 三值开关函数第13页/共49页三、三相PWM整流器工作原理负载负载）（导通、导通、cbajDVVVDVsjjjjj,01三相PWM整流电路第14页/共49页三、三相PWM整流器工作原理开关函数相同，但有不同的导通回路。相同的开关函数，根据电流的方向不同则回路不同。第15页/共49页三、三相PWM整流器工作原理a相开关函数波形a相电压波形直流输出电压波形a相电流波形第16页/共49页四、三相PWM整

6、流器数学模型在建立三相在建立三相VSR数学模型过程中，一般做以下假设：数学模型过程中，一般做以下假设：电网电动势为三相平衡正弦电动势电网电动势为三相平衡正弦电动势 ；电源的电源的A、B、C三相电路的等效电阻均为三相电路的等效电阻均为R；三相电；三相电路的等效电感值均为路的等效电感值均为L，且线性不考虑饱和。，且线性不考虑饱和。开关器件皆为理想器件；开关器件皆为理想器件；为描述为描述VSR能量的双向传输，三相能量的双向传输，三相VSR其直流侧负载其直流侧负载由电阻和直流电动势串连表示；由电阻和直流电动势串连表示； ； 忽略开关死区时间。忽略开关死区时间。cbaeee、三相VSR一般数学模型的建立

7、可采用以下两种形式：(1)采用开关函数描述的一般数学模型。(2)采用占空比描述的一般数学模型。第17页/共49页四、三相PWM整流器数学模型()aaaaNNOdiLRievvdtaNdcavu s0()aaadcaNdiLRieu svdt0abceee0abciii 0, ,( )33aNbNcNdcNkk a b cvvvuvts 三相平衡则dcaab bc cii si si sdcdcLa ab bc cLduueCs is is idtR第18页/共49页四、三相PWM整流器数学模型()aaaaNNOdiLRievvdtaNdcavu s0()aaadcaNdiLRieu svdt0

8、abceee0abciii 0, ,( )33aNbNcNdcNkk a b cvvvuvts 三相平衡则dcaab bc cii si si sdcdcLa ab bc cLduueCs is is idtRLdccbakkkdccbajjkdckkkRusidtduCssueRidtdiL,31第19页/共49页四、三相PWM整流器数学模型 LdccbakkkdccbajjkdckkkRusidtduCssueRidtdiL,31, , , ,100()3100()3100()31/akk a b cbkk a b cckk a b cabcLRssRssARsssssR000000000

9、000LLZLC1000010000101000LBR , , ,TabcdcXi i i u,TabcLEe e e e, ZXAXBE第20页/共49页四、三相PWM整流器数学模型 2021-12-121-21三相VSR低频数学模型 1cossin21nsknkktnndnds应用傅立叶变换：, , ,1, ,100()3100()3100()31/akk a b cbkk a b cckk a b cabcRddRddARdddddRBEXAX111 1 1 1 1CLLLdiagB低频数学模型：第21页/共49页四、三相PWM整流器数学模型 2021-12-121-22采用开关函数描述

10、的一般数学模型是对VSR开关过程的精确描述，较适合于VSR的波形仿真。采用开关函数描述的VSR一般数学模型，当VSR开关频率远高于电网基波频率时，为简化VSR的一般数学描述，可忽略VSR开关函数描述模型中的高频分量，即只考虑其中的低频分量，从而获得采用占空比描述的低频数学模型，用于指导控制器设计第22页/共49页四、三相PWM整流器数学模型 VSR交流侧均为时变交流量，因而不利于控制系统的设计，交流侧均为时变交流量，因而不利于控制系统的设计，可以通过坐标变换将三相对称静止坐标系，在转换成以电网基可以通过坐标变换将三相对称静止坐标系，在转换成以电网基波频率同步旋转的坐标系。波频率同步旋转的坐标系

11、。 经坐标旋转变换后，三相对称静止坐标系中的基波正弦量经坐标旋转变换后，三相对称静止坐标系中的基波正弦量将转换成同步旋转坐标系中的直流变量，从而简化了控制系统将转换成同步旋转坐标系中的直流变量，从而简化了控制系统的设计。的设计。 三相静止坐标系中的三相三相静止坐标系中的三相VSR一般数学模型经同步旋转坐一般数学模型经同步旋转坐标变换后，即转换成三相标变换后，即转换成三相VSR模型模型 第23页/共49页四、三相PWM整流器数学模型1）关于坐标变换)120cos()120cos(cos00qqqmcmbmaIiIiIicbaiiiii232302121132第24页/共49页四、三相PWM整流器

12、数学模型1）关于坐标变换qqqqiiCiiiirsqd22cossinsincos第25页/共49页四、三相PWM整流器数学模型 根据“等功率”坐标变换原则，利用三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换矩阵：LdcdcRusisidtduCuRiedtdiLuRiedtdiL)(23()aaaaNNOdiLRievvdt第26页/共49页四、三相PWM整流器数学模型三相VSR在同步旋转坐标系下的数学模型 根据同步旋转变换矩阵，把两相静止坐标系变换到两相同步旋转坐标系：LdcddqqqqdddddqqRusisiuCuLiRiedtdiLuLiRidtdiL23dtddc第27页/共49页四、三相P

13、WM整流器数学模型三相VSR在同步旋转坐标系下的数学模型 LdcddqqqqdddddqqRusisiuCuLiRiedtdiLuLiRidtdiL23dtddc第28页/共49页 PWM整流电路控制基本思想是：通过PWM调制控制功率开关管的通断状态，使输入电流接近正弦波而消除电流谐波，且电流和电压相位可任意控制，实现高功率因数。 为了实现网侧任意功率因数控制，其关键技术问题是研究网侧电流控制策略。 高性能的控制策略主要分为两大类：电流控制和直接功率控制五、PWM整流器控制策略第29页/共49页1. 间接电流控制负载负载五、PWM整流器控制策略第30页/共49页2. 直接电流控制-滞环控制负载

14、负载五、PWM整流器控制策略第31页/共49页2. 直接电流控制-滞环控制负载负载 滞环电流控制的优点是：硬件电路简单；属于实时控制方式，电流响应很快；不需要载波，输出电压中不含特定频率的谐波分量；属于闭环控制，若滞环的宽度固定，则电流跟踪误差范围固定。 其缺点是开关频率不固定，因而对开关器件造成的应力较大。 五、PWM整流器控制策略第32页/共49页2. 直接电流控制-SVPWM控制五、PWM整流器控制策略第33页/共49页负载负载2. 直接电流控制-SVPWM控制）（导通、导通、cbajDVVVDVsjjjjj,01)()(00tvvtvNaNa( )( )( )( )3aNbNcNNOv

15、tvtvtvt djjNustv)(dcbaaussstv32)(0五、PWM整流器控制策略第34页/共49页负载负载2. 直接电流控制-SVPWM控制五、PWM整流器控制策略第35页/共49页负载负载2. 直接电流控制-SVPWM控制)()()(000NcNcccNbNbbbNaNaaavveRidtdiLvveRidtdiLvveRidtdiL三相PWM整流器数学模型)()()(000NcdcccNbdbbbNadaaavsueRidtdiLvsueRidtdiLvsueRidtdiLcbakkdcNbNaNNsuvvvtv,033)(ReuiSiSiSdtduCLdccbbaad五、PW

16、M整流器控制策略第36页/共49页负载负载2. 直接电流控制-SVPWM控制三相PWM整流器数学模型 10000100001000011311003110031100,LcbaLdcbacbacbakkcscbakkbscbakkasdcbaeEEECRLLLuiiiRCCsCsCsssLLRssLLRssLLRpupipipi五、PWM整流器控制策略第37页/共49页SVPWM控制结构五、PWM整流器控制策略第38页/共49页2. 直接电流控制-SVPWM控制五、PWM整流器控制策略第39页/共49页六、PWM整流器应用静止无功发生器第40页/共49页六、PWM整流器应用静止无功发生器第41页/共49页六、PWM整流器应用静止无功发生器第42页/共49页六、PWM整流器应用静止无功发生器第43页/共49页六、PWM整流器应用双PWM变频器通用变频器电路结构第44页/共49页双PWM变频器双PWM变频器电路结构六、P