首页 理论教育 单相桥式PWM电压型整流器

单相桥式PWM电压型整流器

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:图3-74 电压型单相桥式PWM整流器2.电压型单相桥式PWM整流器的基本工作原理电压型单相桥式PWM整流器的基本工作原理是,用正弦调制信号波和三角波相比较的方法对VT1~VT4进行SPWM控制。据此可以确定几种情况下电量的矢量关系:图3-76 电压型单相桥式PWM整流器的等效电路图3-77所示为单相桥式PWM整流器的运行矢量图。

单相桥式PWM电压型整流器

电压型单相桥式PWM整流器最早用于机车变频传动系统,为变频器提供直流电电源,由于它能使网侧电流接近正弦波,保持网侧基波功率因数为1,因而可显著提高机车变频传动系统电网运行质量。PWM整流器还具有良好的稳压功能,能维持直流中间电压恒定,有效改善逆变电路的工作条件。PWM整流器还具有电流双象限的输出特性,可方便地实现机车再生制动,节省电能。

随着PWM整流器的推广应用,单相PWM整流器也由牵引应用扩大到其他领域(如UPS等)。

1.电压型单相桥式PWM整流器的结构

图3-74所示为电压型单相桥式PWM整流器。图中VT1~VT4和VD1~VD4构成单相全桥电路,每一个桥臂由一个全控器件和反并联的整流二极管组成。PWM整流器在直流侧采用电容滤波;在交流侧与交流电源us之间串接电抗器,串接的电抗器在PWM整流器中是一个重要元件,起平衡电压、支撑无功功率和储存能量的作用。图中交流电感Ls包括串接电抗器和交流电源内部引线电感,Rs包括外接电抗器电阻和交流电源内阻。

978-7-111-41076-8-Chapter04-266.jpg

图3-74 电压型单相桥式PWM整流器

2.电压型单相桥式PWM整流器的基本工作原理

电压型单相桥式PWM整流器的基本工作原理是,用正弦调制信号波和三角波相比较的方法对VT1~VT4进行SPWM控制。假设直流侧电容足够大,直流电压Ud稳定,可看做是一个直流电源。这样,通过对VT1~VT4进行SPWM控制,就可以在桥的交流侧ab产生一个幅值为Ud的波,如图3-75所示。uab中含有和正弦调制信号波频率相同且幅值成比例的基波分量uab1,以及和三角波载波有关的频率很高的谐波,不含有低次谐波。若忽略高次谐波,则uab=uab1,这样,图3-74所示的PWM整流器可以等效为图3-76所示的等效电路。当正弦电压uab的频率和电源us频率相同时,is也为与电源频率相同的正弦波。当us一定时,is幅值和相位仅由uab的幅值及其与us的相位差决定。改变uab的幅值和相位,可使isus同相或反相,或isus超前90°,或使isus的相位差为所需要的任意电角度。

978-7-111-41076-8-Chapter04-267.jpg

图3-75 ab两点的SPWM电压波形

978-7-111-41076-8-Chapter04-268.jpg

图3-76 电压型单相桥式PWM整流器的等效电路

图3-77所示为单相桥式PWM整流器的运行矢量图。由图3-76可知,加在电抗器Ls、Rs。上的电压为usab=us-uab,由于电抗器的参数固定,所以电压uasb与流过电抗器的电流is之间的相位差φ也是固定的,如图3-77a所示。据此可以确定几种情况下电量的矢量关系:

1)978-7-111-41076-8-Chapter04-269.jpg滞后978-7-111-41076-8-Chapter04-270.jpg相角δ,978-7-111-41076-8-Chapter04-271.jpg978-7-111-41076-8-Chapter04-272.jpg同相,电源us。输出能量,PWM整流器处于整流状态,且功率因数为1。这是PWM整流器最基本的工作状态,如图3-77b所示。

978-7-111-41076-8-Chapter04-273.jpg

图3-77 单相桥式PWM整流器的运行矢量图

a)Usab与is的相位关系 b)整流运行 c)逆变运行 d)无功补偿运行

2)978-7-111-41076-8-Chapter04-274.jpg超前978-7-111-41076-8-Chapter04-275.jpg相角δ,978-7-111-41076-8-Chapter04-276.jpg978-7-111-41076-8-Chapter04-277.jpg反相,电源吸收能量,电路处于逆变状态,这说明PWM整流器可实现能量正反两个方向的流动,这一特点对于需再生制动的交流电动机调速系统很重要,如图3-77c所示。(www.xing528.com)

3)978-7-111-41076-8-Chapter04-278.jpg滞后978-7-111-41076-8-Chapter04-279.jpg相角δ,978-7-111-41076-8-Chapter04-280.jpg超前978-7-111-41076-8-Chapter04-281.jpg,电路向交流电源送出无功功率,这时的电路称为静止无功率发生器(Static Var Generator,SVG),如图3-77d所示。

可见,通过对Uab的幅值和相位的控制,可以使is。比us。超前或者滞后任一角度。

3.电压型单相桥式PWM整流器工作情况分析

图3-78是图3-74所示的电压型单相桥式PWM整流器在整流运行且功率因数为1时的工作波形图,为了作图方便,将时间坐标取在正弦调制信号ug。的上升沿过零点处,即

978-7-111-41076-8-Chapter04-282.jpg

开关器件VT1、VT2的控制极脉冲ug1、ug2由三角形载波信号uc和正弦调制信号ug的交点确定,而VT3、VT4的控制极脉冲ug3、ug4由三角形载波信号M。和正弦调制信号uc。的交点确定,其时序如图3-78b所示。由图可见,ugl和ug2及ug3和ug4在相位上互补。

PWM整流器共有二二种工作模式,分述如下:

1)工作模式1:VT1、VT3有驱动脉冲,VT2、VT4关断;或者VT2、VT4有驱动脉冲,VT1、VT3关断(两个上桥臂或下桥臂同时导通)。这时,当us>0时,有VD1、VT3导通或VT2、VD4导通,is>0;当us<0时,有VT1、VD3导通或VD2、VT4导通,is<0。交流电源通过电抗器在桥中短路,is的幅值逐渐增加,电抗器吸收能量,uab=0。如图3-78c中区间1、3、5、7、9、10、11、12、14、16、18、20等的波形。

2)工作模式2:VT1、VT4有驱动脉冲,VT2、VT3关断。这时桥中有VD1、VD4导通,is>0,且逐渐减小,uab=Ud;或者VT1、VT4导通,is<0,且逐渐减小,uab=Ud。如图3-78c中区间2、4、6、8、10等的波形。

3)工作模式3:VT2、VT3有驱动脉冲,VT1、VT4关断。这时桥中有VD2、VD3导通,is<0,uab=-Ud;或者VT2、VT3导通,is>0,uab=-Ud。如图3-78c中区间13、15、17、19、21等的波形。

978-7-111-41076-8-Chapter04-283.jpg

图3-78 电压型单相桥式PWM整流器的工作波形

根据以上分析,可以得到整流桥交流输入侧电压uab的波形如图3-78c所示,输入电流is的波形如图3-78d所示。可见,交流电源us的输出电流is基本为正弦波,且与交流电源us同相位,功率因数为1。

通过推导可知,当整流桥输入侧电压uab在相位上滞后于电网电压us一个角度δ时,整流器的输出电压Ud

978-7-111-41076-8-Chapter04-284.jpg

式中,m为正弦调制信号幅值ugm与三角形载波信号幅值ucm之比,即m=ugm/ucm,称为调制比。

式(3-155)表明,Udm、cosδUs有关,当调制比m值减小时,Ud将相应增大。由于m<1、cosδ≤1,根据式(3-155)可知,电压型单相PWM整流器是一种升压型电路,其输出直流电压平均值Ud高于交流电源的峰值电压Usm

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈