【正文】 4年 和 er 首先提出把這項(xiàng)通訊技術(shù)應(yīng)用到交流傳動(dòng)中，從此為交流傳動(dòng)的推廣應(yīng)用開辟了新的局面。 PWM 控制技術(shù)大致可以為為三類，正弦 PWM（包括電壓，電流或磁通的正弦為目標(biāo)的各種 PWM 方案，多重 PWM 也應(yīng)歸于此類），優(yōu)化 PWM及隨機(jī) PWM。從 1947 年第一只晶體管誕生之日起，半導(dǎo)體器件及相應(yīng)的變流裝置在世界范圍內(nèi)很快發(fā)展起來，從而產(chǎn)生了半導(dǎo)體固態(tài)電子學(xué)。目前，電力電子技術(shù)已由半控型、全控型器件進(jìn)入全新的智能型時(shí)代。目前電力電子行業(yè)還開展了跟蹤國際多方面前沿性課題的研究或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究，包括電力電子系統(tǒng)的積木式集成技術(shù)、具有獨(dú)立電源的多電平拓?fù)潆娐贰⒕哂谐瑢?dǎo)儲(chǔ)能的并聯(lián)型 UPS、多電平軟開關(guān)技術(shù)、鐵道供電系統(tǒng)的電流諧波抑制和功率因數(shù)改善、逆變器無線均流技術(shù)、電能質(zhì)量綜合調(diào)節(jié)器、直流側(cè)諧波抑制的 PWM 控制策略等。 展望 21 世紀(jì)電力電子產(chǎn)業(yè)或電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，其動(dòng)向就是圍繞提高效率、提高華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 性能、消除電力公害、減少 電磁干擾和電噪聲進(jìn)行不懈的研究。全橋 方式應(yīng)用于輸出電壓較高的場合。本文詳細(xì)分析了倍流電路的工作原理，并將數(shù)字控制應(yīng)用于此電路中，從而克服了模擬控制的一些缺點(diǎn)，取得了較好的控制效果。 12 位 AD 轉(zhuǎn)換器保證了較高的精度。 本 論文研究的主要工作 (1)PWM 的基本原理。 吳敏華：單相電壓型 PWM 整流 4 2 PWM 控制技術(shù) PWM 簡介 PWM 的全稱是 Pulse Width Modulation（脈沖寬度調(diào)制），它是通過改變輸出方波的占空比來改變等效的輸出電壓。沖量即指窄脈沖的面積。當(dāng)窄脈沖變?yōu)閳D 的單位脈沖函數(shù) ??(t))時(shí)，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。從波形可以看出，在 i(t)的上升段，脈沖形狀不同時(shí) i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎相同。 下面分析如何用一系列等副不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦波。這就是 PWM 波形。像這種脈沖的寬度按正弦波規(guī)律變化和正弦波等效的 PWM 波形， 也稱為 SPWM 波形。如直流斬波電路。 (2)調(diào)制法 輸出波形作調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行調(diào)制得到期望的 PWM 波 通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，腰三角波應(yīng)用最多，其任一點(diǎn)水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對稱與任一平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交，在交點(diǎn)控制器件通斷，就得寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，符合 PWM 的要求，調(diào)制信號(hào)波為正 弦波時(shí)，得到的就是SPWM 波 。u VN 39。自然采樣法是最基本的方法，所得到的 SPWM波形很接近正弦波。取三角波兩個(gè) 正峰值之間為一個(gè)采 樣周期 Tc，在然采樣法 中，脈沖中點(diǎn)不和三角波一周期的中點(diǎn)（即 負(fù)峰點(diǎn)）重合，這樣就使計(jì)算大為簡化。從圖 612 得因此可得 ： 三角波一 周期內(nèi) ， 脈沖兩邊間隙寬度 ： 圖 規(guī)則采樣法 PWM 跟蹤控制技術(shù) 把希望輸出的波形作為指令信號(hào)，把實(shí)際波形作為反饋信號(hào)，通過兩者的瞬時(shí)值比較來 ,決定逆變電路各開關(guān)器件的通斷，使實(shí)際的輸出跟蹤指令信號(hào)變化。2?2?? ? )s i n1(42139。此處采用滯環(huán)控制方法。通過滯環(huán)控制，可以保證實(shí)際的電感電流 iL在其指令值 i*L 附近波動(dòng)，波動(dòng)的大小與滯環(huán)寬度有個(gè)，即與設(shè)定的 △ iLmax 和 △ iLmin 有關(guān)。 控制技術(shù)用于交流 — 交流變流電路 斬控式交流調(diào)壓電路和矩陣式變頻電路是 PWM 控制技術(shù)在這類電路中應(yīng)用的代表，目前其應(yīng)用都還不多，但矩陣式變頻電路因其容易實(shí)現(xiàn)集成化，可望有良好的發(fā)展前景。 3 功率因素校正 技術(shù) 功率因素校正簡介 發(fā)展歷史 采用乘法器的 PFC 電路，其中特別是 Boost PFC 電路，是 20 世紀(jì) 80 年代出現(xiàn)的應(yīng)用廣泛的 PFC 電路。所以，為了提高整流器的輸入功率因素，和電壓跟隨器 PFC 電路相同，必須用有源校正電路吧整流器與直流濾波電容隔開，這就要求有源校正電路必須是 DC/DC 變換器，為了保證輸入電流正弦化并跟蹤輸入電壓，使它們的波形相同，相位差等于零，有源校正電路又必須是可控的；為了更有效地使輸入電流正弦化，是輸出功率差與輸入功率在每一瞬間都相等，有源校正電路又必須工作在高頻開關(guān)狀態(tài)。 對于乘法器控制的有源校正電路，由于要對輸入電流的波形和相位進(jìn)行控制，故控制吳敏華：單相電壓型 PWM 整流 10 電路必須加入市電網(wǎng)側(cè)輸入電流反饋的內(nèi)環(huán)：為了都輸出電壓進(jìn)行控制，有必須加入直流輸出 電壓反饋的外環(huán)。 功率因數(shù) 校正（ PFC）技術(shù)誕生與 20 世紀(jì) 80 年代，它采用的是高頻開關(guān)工作方式，具有體積小，重量輕，效率高，輸入功率因素接近１的有點(diǎn)，因而受到了人們的關(guān)注。但是控制比較復(fù)雜，不適合 200Ｗ以下小容量使用： 20 世紀(jì) 80 年代后期又針對小容量整流器提出了電壓跟隨器 校正技術(shù)，校正器工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式（ DCM），使控制電路大大簡化，很適合 200Ｗ以下小容量整流器使用，一般不能用在較大功率整流器中。所謂電感輸入型，就是用電感 L 作為輸入的電路，這類電路的典型代表是 Boost 有源功率因素校正電路，它主要用于電壓型逆變器。 圖一給出了電感輸入型和電容輸入型 PFC 電路的對偶性對照表，以供參考 表一電感輸入型與電容輸入型 PFC 電路的對偶性對照 實(shí)際上，對于 Buck 有源校正電路的大量工作研究工作都是以電壓源輸入為目的，這是因?yàn)槭攀须婋娋W(wǎng)本身是一個(gè)電壓源，同時(shí)電壓型逆變器應(yīng)用也有比較多的原因。仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，峰值電流模式對功率因素校正整流器的動(dòng)態(tài)性能有不利的影響，二平均電流模式則能成功地解決上述問題。它們各自都有自己的開關(guān)器件和控制電路。由于控制電路主要是用來調(diào)節(jié)輸出電壓，因此輸入電流正弦化的程度就差，但電路要比兩級(jí)式簡單很多。 從開關(guān)型式來分， PFC 電路又可分為硬開關(guān)電路和軟開關(guān)電路（ ZCS 或 ZVS） 兩種類型， 不管是單相 PFC或是三相 PFC電路，研究表明。 單 相或 三相 整流 器P F C D C / D C單 相或 三相 輸入+P F C控 制 器D C / D C控 制 器U d o+U i ni i n a） 吳敏華：單相電壓型 PWM 整流 14 單 相或 三相 整流 器單 相或 三相 輸入D C / D C 控 制 器U d o+U i ni i n P F C amp。 近幾年來 ，又出現(xiàn)了一些新的功率因數(shù)校正技術(shù)得到了人們的認(rèn)可，如三電平 PFC 技術(shù)，磁放大器 PFC 和不連續(xù)電容電壓模式 PFC 技術(shù)等。現(xiàn)有的功率因素校正技術(shù)給整流電路設(shè)備帶來的附加成本和氣復(fù)雜性，極大地限制著這一技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此降低成本、結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn)‘具有軟開關(guān)性能’響應(yīng)速度快、低輸出紋波的單級(jí)隔離高功率因素是目前研究人員追求的目標(biāo)，可以相信，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，功率因素校正技術(shù)會(huì)越來越完善，應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛。有關(guān)乘法器型PFC 技術(shù)的控制方式可以分為三種：即恒頻控制（ Constantfrequency Control）、恒誤差帶控制（ Constanttoleranceband Control）和變差帶控制（ Variabletoleranceband Control）。 U低 通 濾 波器 V DC dLU r+ U d oI rS 乘 法 器R L 圖 典型的乘法器方式 PFC 電路 電壓跟隨器功率因素校正技術(shù)，為了研究適合 200W 以下小功率容量的 PFC 電路，20 世紀(jì) 80 年代末，由 Doc、 首先提出了利用不連續(xù)導(dǎo)電模式（ DCM） 進(jìn)行功率因素校正的概念，出現(xiàn)了功率因素電壓跟隨器 PFC 技術(shù)。由于電感電流 峰值基本上成正比于輸入電壓，因此，輸入電路波形將自然地跟隨輸入電壓波形。 電壓跟隨器有以下的缺點(diǎn)： ? 只適合 200W 以下功率容量； ? 輸入電流波形為脈動(dòng)三角波，因此其前端需加一個(gè)小濾波電容以消除高頻紋波； ? 具有較高的開關(guān)峰值電流，這會(huì)帶來較大的開關(guān)關(guān)斷損耗。 功率因數(shù)校正技術(shù)從早期的無源電路發(fā)展到現(xiàn)在的有源電路；從傳統(tǒng)的線性控制方法發(fā)展到非線性控制方法，新的拓?fù)浜图夹g(shù)不斷涌現(xiàn)。 cos? 低，則表示用電電器設(shè)備的無功功率大，設(shè)備利用率低，導(dǎo)線、變壓器繞組損耗大。 功率因數(shù)校正 交流輸入電源經(jīng)整流和濾波后，非線性負(fù)載使得輸入電流波形畸變，輸入電流呈脈沖波形，含有大量的諧波分量，使得功率因數(shù)很低。提高功率因數(shù)對于降低能源消耗，減小電源設(shè)備的體積和重量，縮小導(dǎo)線截面積，減弱電源設(shè)備對外輻射和傳導(dǎo)干擾都具有重大意義。 吳敏華：單相電壓型 PWM 整流 18 利用功率因數(shù)校正技術(shù)可以使交流輸入電流波形完全跟蹤交流輸入電壓波形，使輸入電流波形呈純正弦波，并且和輸入電壓同相位，此時(shí)整流器的負(fù)載可等效為純電阻。有源功率因數(shù)校正電路自上世紀(jì) 90 年代以來得到了迅速推廣。 有源功率因數(shù)校正方法分類 (1)按有源功率因數(shù)校正拓?fù)浞诸? 因噪聲大，濾波困難，功率開關(guān)管上電壓應(yīng)力大，控制驅(qū)動(dòng)電平浮動(dòng)，很少被采用。 圖 反激式 變換器 (Boost) 簡單電流型控制，戶 F 值高，總諧波失真 (THD)小，效率高，但是輸出電壓高于輸入電壓。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 升壓式 變換器 (2)按輸入電流的控制原理分類 工作頻率固定，輸入電流連續(xù) (CCM)，波形圖如圖 (a)所示。 型 工作頻率可變，電流達(dá)到滯后帶內(nèi)發(fā)生功率開關(guān)通與斷操作，使輸入電流上升、下降。所以在大功率 APFC 電路中，常采用 CCM 方式。 (3)其他控制方法 非線性載波控制 (NLC)不需要采樣電壓，內(nèi)部電路作為乘法器，即載波發(fā)生器為電流控制環(huán)產(chǎn)生時(shí)變參考信號(hào)。 利用電流互感器檢測開關(guān)管的開通電流，并給檢測電容充電，當(dāng)充電電壓達(dá)到控制電壓時(shí) 關(guān)閉開關(guān)管，并同時(shí)放掉檢測電容上的電壓，直到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖到來使開關(guān)管再次開通，控制電壓與電網(wǎng)輸入電壓同相位，并按正弦規(guī)律變化。對 Boost PFC 前置級(jí)研究的熱點(diǎn)有兩個(gè)，一是功率電路進(jìn)一步完善，二是控制簡單化。雖然有源軟開關(guān)能有效地解決主開關(guān)管的軟開關(guān)問題，但輔助開關(guān)管往 往仍然是硬開關(guān)，仍然會(huì)產(chǎn)生很大損耗，再加上復(fù)雜的時(shí)序控制，使變換器的成本增加，可靠性降低。曰前最為常用的控制方法是平均電流控制， CCM／ DCM 臨界控制和滯后控制 3 種方法。與傳統(tǒng)的 PFC 解決方案比較，這種新的集成芯片 (IC)無需直接來自交流電源的正弦波參考信號(hào)。 (2). 對平均負(fù)荷小于其額定容量 40%左右的輕載電動(dòng)機(jī)，可將線圈改為三角形接法（或自動(dòng)轉(zhuǎn)換）。 (6). 改善配電線路布局，避免曲折迂回等。電容中的電流與電感中的電流相差 180186。由于發(fā)電機(jī)是通過額定電流與額定電壓之積定額的，這意味著當(dāng)其接入負(fù)載為電阻時(shí)，理論上發(fā)電機(jī)得到完全的利用，因?yàn)?P=U*I*cos216。為了最大程度利用發(fā)電機(jī)的容量，就必須提高其功率因數(shù)。（ V 是負(fù)載端電壓的有效值）。例如：當(dāng) cos216。 (4) 可減少線路的功率損失，提高電網(wǎng)輸電效率。在現(xiàn)今可用資源接近匱乏的情況下，除了盡快開發(fā)新能源外，更好利用現(xiàn)有資源是我們解決燃眉之急的唯一辦法。 基本的單相 APFC 電路在單相橋式不可控整流器和負(fù)載電阻之間增加一個(gè)。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 4 Matlab 仿真實(shí)驗(yàn) 電路的工作原理 有源功率因素校正（ Active Power Factor Correction， APFC）電路。 也就 使發(fā)電機(jī)能多出有功功率。=1 時(shí)的 4 倍。 會(huì)降低輸電線上的功率損耗 . (1)提高用電質(zhì)量，改善設(shè)備運(yùn)行條件，可保證設(shè)備在正常條件下工作，這就有利于安全生產(chǎn)。 ，因?yàn)?I=P./V/ cos216。=1；但是當(dāng)負(fù)載為干性或容性時(shí)， cos216。電力系統(tǒng)中的負(fù)載大部分是感性的，因此總電流將滯后電壓一個(gè)角度，如圖 1 所示，將并聯(lián)電容器與負(fù)載并聯(lián)，則電容器的電流將抵消一部分電感電流，從而使總電流減小，功率因數(shù)將提高。在交流電路中，純電阻電路，負(fù)載中的電流與電壓同相位，純電感負(fù)載中的電流滯后于電壓 90186。 (4). 合理配置變壓器，恰當(dāng)?shù)剡x擇其容量。另外，還有 IR 公司的 IRIS51XX 系列，基于單周期控制原理，不需要采集輸入電壓，外圍電路簡單。這些控制技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是使電路的復(fù) 雜程度大大降低，可靠性增強(qiáng)。它的成本低廉，不需要復(fù)雜的控