第6章3高频PWM整流器32.ppt

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1、第6章3高频PWM整流器32现在学习的是第1页，共49页 第第6 6章（章（3 3）高频高频PWMPWM整流器整流器1 1、含有源功率因数校正的单相整流器、含有源功率因数校正的单相整流器1 1、1 1 谐波电流的危害及改善措施谐波电流的危害及改善措施（1 1）单相整流器是应用极为广泛的一种电力电子）单相整流器是应用极为广泛的一种电力电子 变换器。变换器。其电路有两点：其电路有两点：单相不控制整流电路单相不控制整流电路单相可控制整流电路单相可控制整流电路图图5-305-30现在学习的是第2页，共49页其主要缺点：其主要缺点：输入交流电流输入交流电流i is s波形严重畸变，呈脉冲状波形严重畸变，

2、呈脉冲状 。（2 2）谐波电流对电网有严重的危害作用：谐波电流对电网有严重的危害作用：谐波电流流过线路阻抗造成谐波电压降，使电网谐波电流流过线路阻抗造成谐波电压降，使电网电压发生畸变。电压发生畸变。谐波电流使线路和配电变压器发热，损坏电器设谐波电流使线路和配电变压器发热，损坏电器设备。备。谐波电流会引起电网谐波电流会引起电网LCLC谐振。谐振。相控整流谐波电流使交流输入端功率因数下降，相控整流谐波电流使交流输入端功率因数下降，功耗加大，效率降低。功耗加大，效率降低。现在学习的是第3页，共49页（3）改善措施：）改善措施：附加无源滤波器附加无源滤波器在在整整流流器器和和电电容容之之间间串串入入一

3、一个个滤滤波波电电感感，减减小小电电流脉冲成份。流脉冲成份。在在交交流流侧侧并并联联接接入入谐谐振振滤滤波波器器，使使i ic c的的谐谐波波电电流流经经LCLC谐波器滤掉而不进入交流电源。谐波器滤掉而不进入交流电源。无源无源LCLC滤波器优点：滤波器优点：简单简单 成本低成本低 可靠性高可靠性高 电磁干扰电磁干扰EMIEMI小小 现在学习的是第4页，共49页 缺点：缺点：体积、重量大体积、重量大 难以得到高功率因数难以得到高功率因数 工作性能与频率，负载变化及输入电压变化有关工作性能与频率，负载变化及输入电压变化有关电电感感与与电电容容间间有有较较大大的的充充放放电电电电流流，并并可可能能引

4、引发发电路电路L L、C C谐振。谐振。附加有源功率因数校正器或采用高频附加有源功率因数校正器或采用高频PWMPWM整流整流在在整整流流器器和和电电容容之之间间接接入入一一个个DC-DCDC-DC开开关关变变换换器器，应应用用电电流流反反馈馈技技术术，使使输输入入端端电电流流i is s波波形形跟跟踪踪交交流流输输入入正正弦弦电电压压波波形形，可可以以使使i is s接接近近正正弦弦并并与与v vs s同同相相。使使输输入入端端总总谐谐波波畸畸变变率率THDTHD小小于于5%5%，功功率率因数可提高到因数可提高到0.990.99或更高。或更高。现在学习的是第5页，共49页 优点：优点：体积小、

5、重量小；体积小、重量小；输出电压也可以保持恒定，或调控为指令值。输出电压也可以保持恒定，或调控为指令值。缺点：缺点：电能只能从交流电源流向直流侧负载电能只能从交流电源流向直流侧负载 应用：应用：AC-DCAC-DC开关电源，交流不间断电源（开关电源，交流不间断电源（UPSUPS），荧光），荧光电子镇流器及其他电子仪器中。电子镇流器及其他电子仪器中。现在学习的是第6页，共49页 1、2 含含Boost型功率因数校正器的高频整流器型功率因数校正器的高频整流器（1）结构原理：）结构原理：图图5-31（a)电路电路主电路：由单相桥式不控整流器和主电路：由单相桥式不控整流器和DC-DCDC-DCBoos

6、t变换器组成。变换器组成。控制电路：由电压误差放大器控制电路：由电压误差放大器VAVA，电流误差放大，电流误差放大器器CACA，乘法器和驱动器组成。，乘法器和驱动器组成。现在学习的是第7页，共49页 图图5-31（a)电路电路（2 2）APFCAPFC的工作原理的工作原理外环电压闭环控制：自动保持输出电压外环电压闭环控制：自动保持输出电压V V0 0恒定为恒定为指令值指令值 内环电流闭环控制：自动调节电流内环电流闭环控制：自动调节电流i ic c=i=is s 跟踪跟踪 指值指值i ir r 现在学习的是第8页，共49页 i ir r=K=K.v vdcdc=K v=K vs s K K为电压

7、放大器的输出量为电压放大器的输出量其波形与交流电压其波形与交流电压 v vs s 相同相同即指令电流值即指令电流值i ir r是与交流电源是与交流电源v vs s 同相位的正弦波同相位的正弦波所以输入电流所以输入电流i is s(i(iL L)的波形与交流电源电压的波形与交流电源电压v vs s的的波形同相，输入端功率因素接近于波形同相，输入端功率因素接近于1 1。现在学习的是第9页，共49页 波形分析：波形分析：输入电流被高频输入电流被高频PWMPWM调制，使脉冲波形调制成接调制，使脉冲波形调制成接近正弦波。近正弦波。图图5-31(b)输入输入iL、iS波形和输入电压波形和输入电压vdc、v

8、s波形波形现在学习的是第10页，共49页（3 3）APFCAPFC的主要优点：的主要优点：输入电流连续，电磁干扰输入电流连续，电磁干扰EMIEMI小，无线电频率干小，无线电频率干扰扰RFIRFI低；低；有输入电感有输入电感L L，可减少对输入滤波器的要求，并，可减少对输入滤波器的要求，并可防止电网对主电路高频瞬态冲击。可防止电网对主电路高频瞬态冲击。开关器件开关器件T T的电压不超过输出电压值；的电压不超过输出电压值；容易驱动开关器件，其参数端点的电位为容易驱动开关器件，其参数端点的电位为OVOV现在学习的是第11页，共49页 缺点：缺点：输入输出间无绝缘。输入输出间无绝缘。1 1、3 3 带

9、反馈式功率因数校正器的高频整流器带反馈式功率因数校正器的高频整流器 （1 1）原理结构：图原理结构：图5-325-32现在学习的是第12页，共49页 反激电路中的变压器起着储能元件的作用反激电路中的变压器起着储能元件的作用 控制电路：控制电路：电压闭环控制，电压调节器电压闭环控制，电压调节器VAVA为为PIPI，输出值为，输出值为 V V 。PWMPWM形形成成电电路路根根据据V V 的的大大小小产产生生脉脉变变宽宽驱驱动动信信号。号。现在学习的是第13页，共49页（2 2）工作原理：工作原理：当开关管当开关管T T导通，导通，i i1 1由零上升到由零上升到i ip p,电感储能，电感储能，

10、变压器二次侧二极管阻断，变压器二次侧二极管阻断，i i0 0=0=0 当开关管当开关管T T截止，截止，i i1 1=0=0，D D导通，导通，i i2 2=i=i0 0向电容向电容充电，并向负载供电，充电，并向负载供电，i i2 2线性下降至零，电感线性下降至零，电感 L L2 2释放磁能。释放磁能。T T的驱动由的驱动由PWMPWM形成电路产生。输出电压由形成电路产生。输出电压由VAVA构构成电压闭环控制自动维持恒定。成电压闭环控制自动维持恒定。现在学习的是第14页，共49页 电流峰值电流峰值i ip p的大小与开关导通时间的大小与开关导通时间t tonon和直流电压和直流电压瞬时值瞬时值

11、v vdcdc=v=vs s 的乘积成正比。的乘积成正比。i is s与与 v vs s 瞬时值成正比。瞬时值成正比。由脉动频率很高，峰值由脉动频率很高，峰值i ip p及其平均值都正比于该及其平均值都正比于该瞬间的正弦电压瞬值，经较小的瞬间的正弦电压瞬值，经较小的L.CL.C滤波后则滤波后则i is s变为与电源电压变为与电源电压v vs s 同相的正弦电流同相的正弦电流i is s 现在学习的是第15页，共49页 结论：结论：前述单相前述单相PWM整流器：整流器：有功率因数校正有功率因数校正 无能量回馈工作无能量回馈工作2 2、三相高频、三相高频PWMPWM整流整流2 2、1 1能量可回馈

12、的高频能量可回馈的高频PWMPWM整流电路整流电路（1 1）能量可回馈）能量可回馈PWMPWM整器电路的特点整器电路的特点 整流器采用全控型半导体开关器件整流器采用全控型半导体开关器件 可控输入电流为正弦，且与输入电压同相位，功率因数近可控输入电流为正弦，且与输入电压同相位，功率因数近似为似为1 1（也可以为任意值也可以为任意值）可实现交直流侧的双向能量流动。可实现交直流侧的双向能量流动。现在学习的是第16页，共49页（2 2）PWMPWM整流器拓朴结构整流器拓朴结构单相半桥电压型单相半桥电压型PWMPWM整流器整流器 单相全桥电压型单相全桥电压型PWMPWM整流器整流器 升压型升压型 图：图

13、：5-33 5-33 图：图：5-345-34现在学习的是第17页，共49页 三相电压型三相电压型PWMPWM整流器整流器三相电流型三相电流型PWMPWM整流器（降压型）整流器（降压型）图图5-35 5-35 图图5-365-36现在学习的是第18页，共49页 由于输出电感的存在，没有桥臂直通过流和输出由于输出电感的存在，没有桥臂直通过流和输出缺路的问题。缺路的问题。电流型整流器通常要经过电流型整流器通常要经过LCLC滤波器再和电网联滤波器再和电网联接，接，直流侧的平波电感和交流侧直流侧的平波电感和交流侧LCLC滤波器的重量、滤波器的重量、体积都比较大。体积都比较大。现在学习的是第19页，共4

14、9页 电流型电流型PWMPWM整流器应用不广泛的原因整流器应用不广泛的原因电流型整流器输出电感的体积、重量和损耗比较电流型整流器输出电感的体积、重量和损耗比较大大常用的现代全控器件常用的现代全控器件IGBTIGBT，P-MOSFETP-MOSFET都是有反并都是有反并联二极管反向自然导通的开关器件，为防止电流联二极管反向自然导通的开关器件，为防止电流反方向流动而必须再串联一个二极管，因此，主反方向流动而必须再串联一个二极管，因此，主电路构成不方便，且通态损耗大。电路构成不方便，且通态损耗大。现在学习的是第20页，共49页 2 2、2 2 交流交流 直流双向变换器工作原理直流双向变换器工作原理（

15、1 1）三相大功率相控整流器主要缺点；）三相大功率相控整流器主要缺点；对公用交流电网产生大量谐波电流并在电网中对公用交流电网产生大量谐波电流并在电网中引起谐波电压引起谐波电压深控状态（深控状态（角大角大 V VD D低）时，整流装置的功率低）时，整流装置的功率因数随因数随的减小急剧减小的减小急剧减小现在学习的是第21页，共49页（2 2）理想的交流）理想的交流 直流双向变换器特点直流双向变换器特点输出直流电压平稳且可以迅速地调节控制。输出直流电压平稳且可以迅速地调节控制。输入的交流电源电流波形正弦化。输入的交流电源电流波形正弦化。输入的交流电流的功率因数可控制为任意指令值。输入的交流电流的功率

16、因数可控制为任意指令值。交流交流-直流之间的功率流向可以是双向可控的，直流之间的功率流向可以是双向可控的，即可实现整流，也可实现逆变。即可实现整流，也可实现逆变。变换器无损耗。变换器无损耗。现在学习的是第22页，共49页 （3 3）工作原理）工作原理 图图5-375-37（a)a)现在学习的是第23页，共49页 式中：式中：V Vs s为交流电源相电压有效值为交流电源相电压有效值 I Is s是交流电源流入双向变换器的电流有效值是交流电源流入双向变换器的电流有效值 现在学习的是第24页，共49页 变换器交流输入端交流相电压为变换器交流输入端交流相电压为则理想的三相桥变换器交流侧相电压应是：则理

17、想的三相桥变换器交流侧相电压应是：现在学习的是第25页，共49页 则电压、电流矢量关系为：则电压、电流矢量关系为：PWM整流电路的运行方式相量图整流电路的运行方式相量图 （图（图5-375-37（b)b)（图（图5-375-37（C)C)现在学习的是第26页，共49页 由此可知由此可知dUsULURUABIs现在学习的是第27页，共49页 dUsURUABIsULdUsURUABIsULjdUsURUABIsUL现在学习的是第28页，共49页 现在学习的是第29页，共49页 现在学习的是第30页，共49页 定义：定义：现在学习的是第31页，共49页 结论：结论：现在学习的是第32页，共49页

18、2 2、3 3三相电压型高频三相电压型高频PWMPWM整流控制系统整流控制系统图图5-385-38（a)a)电路电路 图图5-385-38（d)d)控制系统原理图控制系统原理图现在学习的是第33页，共49页 1 1、工作原理分析、工作原理分析设设三三相相电电压压型型变变换换器器T T1 1-T T6 6SPWMSPWM控控制制的的调调制制参参考考波波频频率率f fr r等等于于交交流流电电源源v vsa、v vsb、v vsb的的频频率率f fs s，则则v via、v vib、v vic中的基波频率中的基波频率f f1 1就是交流电源频率就是交流电源频率 f fs s。而谐波频率由高频载波频

19、率而谐波频率由高频载波频率f fc c决定。决定。图图5-385-38基波等值电路见（基波等值电路见（b)b)谐波等值电路（谐波等值电路（c)c)现在学习的是第34页，共49页 故故只只要要对对 T T1 1-T T6 6进进行行SPWMSPWM控控制制，控控制制变变压压器器交交流侧各相流侧各相SPWMSPWM脉波电压脉波电压v via、v vib、v vic，即控制矢量，即控制矢量现在学习的是第35页，共49页 2、控制过程分析：、控制过程分析：整流电压整流电压V VD D的控制的控制:引入电压引入电压V V0 0的负反馈，形成电压反馈闭环控制，的负反馈，形成电压反馈闭环控制，自动调节输出直

20、流电压自动调节输出直流电压V V0 0为要求值，电压调节为要求值，电压调节 器采用器采用PIPI。电压调节器的输出作为有功电流指令值电压调节器的输出作为有功电流指令值 根据要求的功率因数根据要求的功率因数，计算可得：，计算可得：现在学习的是第36页，共49页 令相位角为令相位角为 的电压的电压V Vi i为三相为三相SPWMSPWM调制正弦参调制正弦参考电压产生考电压产生6 6个开关器件的通断信号，输出所需个开关器件的通断信号，输出所需的交流电压的交流电压现在学习的是第37页，共49页 现在学习的是第38页，共49页 图图5-30AC/DC整流电路整流电路现在学习的是第39页，共49页 图图5

21、-31（a)电路电路现在学习的是第40页，共49页 图图5-31(b)输入输入iL、is波形和输入电压波形和输入电压vdc、vs波形波形现在学习的是第41页，共49页 图图5-32带反激式功率校正器环节的高频整流器带反激式功率校正器环节的高频整流器现在学习的是第42页，共49页 图图5-33单相半波整流器单相半波整流器现在学习的是第43页，共49页 图图5-34单相全桥整流器单相全桥整流器现在学习的是第44页，共49页 图图5-35三相电压型三相电压型PWM整流器整流器现在学习的是第45页，共49页 图图5-36三相电流型三相电流型PWM整流器整流器现在学习的是第46页，共49页 图图5-37（a)a)电路电路现在学习的是第47页，共49页 图图5-375-37（b)Rb)R00 矢量图矢量图现在学习的是第48页，共49页 图图5-375-37（c)R=0 c)R=0 矢量图矢量图现在学习的是第49页，共49页