單相pwm整流電路設(shè)計(電力電子課程設(shè)計報告)(編輯修改稿)
2025-08-18 02:23 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 器非常好的工作特性，其關(guān)鍵在于對整流器輸入電流的控制。為了使 PWM 整流器實現(xiàn)單位功率因數(shù)和輸入電流含有較小的諧波，必須控制整流器輸入電流呈現(xiàn)正弦特性，對于整流器的控制策略，關(guān)鍵在于電流內(nèi)環(huán)的設(shè)計分析。 本文所研究的主要內(nèi)容對于較為復(fù)雜的PWM整流器的研究，本文著重在于從課程設(shè)計的角度上學(xué)習(xí)PWM整流原理，并能設(shè)計PWM整流電路及其各元器件的參數(shù)，最終用simulink仿真驗證所設(shè)計的效果。在器件上，本文全控型器件選用IGBT，通過要求計算所需選擇IGBT的參數(shù)，并簡單分析研究其H橋死區(qū)問題、損耗問題、開關(guān)速度問題。具體地，本文主要以電動汽車的直流充電機為背景，以直流充電機的所需參數(shù)來規(guī)范本文的基本參數(shù)，選用單相工頻交流電源220V/50Hz供電，輸出額定功率達到3KW，直流側(cè)電壓為400V。單相橋式電壓型PWM整流電路,其電路如圖1所示。每個橋臂由一個全控器件和反并聯(lián)的整流二極管組成。L為交流側(cè)附加的電感,在PWM整流電路中是一個重要的元件，起平衡電壓、支撐無功功率和儲存能量的作用。為簡化分析,可以忽略L的電阻。直流側(cè)電容C在全控型器件關(guān)斷時，為電感電流提供電流路徑，緩沖沖擊電流，同時該電容還儲存能量，穩(wěn)定直流側(cè)電壓，抑制直流側(cè)的諧波電壓。主要功率將消耗在負載R上。圖 1單相橋式電壓型PWM整流電路除必須具有輸入電感外,PWM整流器的電路結(jié)構(gòu)和PWM逆變電路是相同的。按照正弦信號波和三角波相比較的方法對圖1中的V1 ～V4 進行SPWM控制,就可以在橋的交流輸入端ab間產(chǎn)生一個SPWM波uab 。在uab中含有和正弦信號波同頻率且幅值成比例的基波分量,以及和三角波載波有關(guān)的頻率很高的諧波,但不含有低次諧波。 對于單相電壓型PWM整流器而言，其交流側(cè)基波電壓控制有兩種PWM控制方式，即雙極性調(diào)制和單極性調(diào)制。由于雙極性控制簡單有效，本文主要講述采用雙極性調(diào)試的工作原理。 當(dāng)采用雙極性調(diào)制時，把直流側(cè)電壓看作基本不變，則交流測電壓uab(t)將在Vdc和–Vdc 間切換，以實現(xiàn)交流測電壓的PWM控制。因此雙極型調(diào)制時，單相電壓PWM整流過程只存在兩種開關(guān)模式，并可用雙極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)p進行描述，即兩種開關(guān)模式見表1。表 1 單相電壓型PWM雙極性調(diào)至開關(guān)模式開關(guān)模式12導(dǎo)通器件V1(VD1)、V4(VD4)V2(VD2)、V3(VD3)開關(guān)函數(shù)p=1p=–1需要注意的是，當(dāng)網(wǎng)側(cè)電流i(t)方向不同時，同一開關(guān)模式將存在不同的電流回路。單相電壓型PWM整流電路雙極性不同開關(guān)模式時的電流回路如下圖2所示。圖 2 雙極性調(diào)制不同開關(guān)模式時的電流回路a)模式1，且i(t)0 b)模式2，且i(t)0c)模式1，且i(t)0 d)模式2，且i(t)0電流為正時，VD1 和VD4 導(dǎo)通,交流電源輸出能量,直流側(cè)吸收能量,電路處于整流狀態(tài)；電流為負時，V1 和V4 導(dǎo)通。交流電源吸收能量，直流側(cè)釋放能量，處于能量反饋狀態(tài)。電流為正時，V2 和V3 導(dǎo)通,交流電源和直流側(cè)都輸出能量，L儲能；電流為負時，VD2 和VD3 導(dǎo)通,交流電源和直流側(cè)都吸收能量，L釋放能量。 PWM控制信號分析采用雙極性PWM調(diào)制方法時，單相PWM整流器的四個功率開關(guān)管通過兩個不同的控制信號控制，圖1中開關(guān)管V1和V4同時開通或關(guān)斷，而開關(guān)管V2和V3同時開通或關(guān)斷，其調(diào)制的PWM控制信號如下圖3。圖 3 雙極性SPWM調(diào)制原理通過雙極性SPWM調(diào)制策略，使得交流測的電壓在交流測電壓uab(t)將在Vdc和–Vdc 間切換。 交流測電壓電流的矢量關(guān)系穩(wěn)態(tài)條件下，PWM整流電路交流側(cè)電壓、電流矢量關(guān)系如圖4所示。圖 4 穩(wěn)態(tài)條件下PWM整流電路交流測的電壓電流矢量關(guān)系圖中，為交流電網(wǎng)側(cè)電壓相量，為交流測電壓相量，為交流測電感電壓相量，為交流測電流相量。 為簡化分析，對于PWM整流電路，只考慮基波分量，忽略諧波分量，且不計交流側(cè)電阻。從上圖分析得：當(dāng)以交流電網(wǎng)側(cè)電壓相量為參考時，通過控制交流側(cè)電壓相量即可實現(xiàn)PWM整流電路的四象限運行。若假設(shè)交流側(cè)電流相量不變，因此撫也固定不變，在此情況下，PWM整流電路交流側(cè)電壓相量端點運動軌跡構(gòu)成了一個以為半徑的圓。 當(dāng)交流側(cè)電壓相量端點位于圓軌跡A點時，交流側(cè)電流相量將比交流電網(wǎng)側(cè)電壓相量滯后90176。，此時，PWM整流電路電網(wǎng)側(cè)呈純電感特性，如圖4(a)所示。當(dāng)交流
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