三相橋式PWM整流電路分析

【摘要】為了抑制電力電子裝置產生的諧波，其中的一種方法就是對整流器本身進行改進，使其盡量不產生諧波。通過對各個電力半導體器件的通斷進行 PWM調制，使輸入電流成為接近正弦且與電源電壓同相的PWM波形，從而得到接近1的功率因數。本文主要對電壓型三相半橋式PWM整流電路進行分析，在此基礎上對PWM 整流技術加以探討，對PWM整流裝置的維護和設計有一定參考價值。

【關鍵詞】PWM整流；三相橋

1.引言

隨著電力電子技術的迅速發展，各種電力電子裝置在電力系統、工業、交通、家庭等眾多領域中的應用日益廣泛，大量的非線性負載被引入電網，導致了日趨嚴重的諧波污染。電網諧波污染的根本原因在于電力電子裝置的開關工作方式，引起網側電流、電壓波形的嚴重畸變。

為了抑制電力電子裝置產生的諧波，其中的一種方法就是對整流器本身進行改進，使其盡量不產生諧波，且電流和電壓同相位。這種整流器稱為高功率因數變流器或高功率因數整流器。高功率因數變流器主要采用PWM整流技術，一般需要使用自關斷器件。只要對整流器各開關器件施以適當的PWM控制，就可以對整流器網側交流電流的大小和相位進行控制，不僅可實現交流電流接近正弦波，而且可使交流電流的相位與電源電壓同相，即系統的功率因數總是接近于1。本文主要對電壓型三相半橋式PWM整流電路進行分析，在此基礎上對PWM 整流技術加以探討，對PWM整流裝置的維護和設計有一定參考價值。

2.傳統整流電路的存在的問題

在我國，當前主要的諧波源主要是一些整流設備，如化工、冶金行業的整流設備和各種調速、調壓設備以及電力機車。傳統的整流方式通常采用二極管整流或相控整流方式，采用二極管整流方式的整流器存在從電網吸取畸變電流，造成電網的諧波污染，而且直流側能量無法回饋電網等缺點。采用相控方式的整流器也存在深度相控下交流側功率因數很低，因換流引起電網電壓波形畸變等缺點。這些整流器從電網汲取電流的非線性特征，給周圍用電設備和公用電網都會帶來不利影響。因此，十分必要開發趨于理想參數的更優電路，電壓型三相半橋式PWM整流電路就是其中一種。

3.三相橋式PWM整流電路

3.1 整流電路的理想狀態

為使交流電流的相位與電源電壓同相，即系統的功率因數接近于1。整流電路的理想狀態有以下要求：

（1）網側功率因數λ=1

（2）輸出電壓u0≡U0（電壓型）或輸出電流i0≡I0（電流型）

（3）具有雙向傳遞電能的能力

（4）能實現輸出電壓的快速調節以保證系統有良好的動態性能

（5）具有較高的功率密度

（6）整流電路無內耗，即電路中所有元器件均無損耗

3.2 PWM整流電路分析

所謂PWM整流電路指采用PWM控制方式和全控型器件組成的整流電路。由于它在不同程度上解決傳統低頻整流電路存在的問題，得到國內外的重視。由于PWM主電路拓撲結構與逆變電路十分相似，因此逆變電路獲得成功的經驗和技術都可以順利地移植到PWM整流電路，所以近年來發展較快。

三相PWM整流橋主電路包括交流側的電感、電阻、直流輸出電容，以及由全控開關器件和續流二極管組成的三相半橋電路。電阻R為濾波電感L的等效電阻和功率開關管損耗等效電阻的合并，C為直流側支撐電容，其主要作用為緩沖三相電壓型PWM整流器交流側與直流負載間的能量交換，且穩定VSR直流側電壓，抑制直流側諧波電壓。

這一方案是基于d軸的矢量控制方案。d軸是一種以指定速度轉動的二相旋轉坐標系。在交流電動機調速系統中，當采用按轉子磁場定向的矢量控制方案時便會使用這種坐標系，因為轉子是旋轉的。但在靜止的整流電路交流側采用這種坐標系進行控制的原因就需要略加解釋。

4.結束語

通過對三相橋式PWM整流電路的分析，我們對其動態性能和工作模式，控制原理已有一定清晰的思路，未來研究主要是探索新的拓撲電路和如何提高整流器的穩態和動態性能。國內外中小型的PWM整流器已有成功的應用，而大功率PWM整流器應用仍需研究和完善。一方面，主電路拓樸的多樣化，必然會引起控制方法的變異，甚至會產生更新、更簡單的控制方法；另一方面，現代控制理論和計算機技術的發展也為新的方法的出現奠定了堅實的基礎，現在狀態反饋控制、變結構控制已經逐漸應用到PWM整流器的控制中來。可以祈望，PWM整流終將成整流電路的主流。

參考文獻

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[2]鄔偉揚等.三相電壓源型PWM可逆整流器的新型相位幅值控制[M].電力電子技術，2000.