1.单相pwm整流电路
单相桥式pwm整流电路如图1所示。按照自然采样法对功率开关器件vt1~vt4进行spwm控制,就可在全桥的交流输入端ab间产生出spwm波电压 。 中含有和正弦调制波同频、幅值成比例的基波,以及载波频率的高次谐波,但不含低次谐波。由于交流侧输入电感ls的作用,高次谐波造成的电流脉动被滤除,控制正弦调制波频率使之与电源同频,则输入电流 也可为与电源同频正弦波。
单相桥式pwm整流电路按升压斩波原理工作。当交流电源电压 时,由vt2、vd4、vd1、ls和vt3、vd1、vd4、ls分别组成两个升压斩波电路。以vt2、vd4、vd1、ls构成的电路为例,当vt2导通时, 通过vt2、vd4向ls储能;当vt2关断时,ls中的储能通过vd1、vd4向直流侧电容c充电,致使直流电压 高于 的峰值。当 时,则由vt1、vd3、vd2、ls和vt4、vd2、vd3、ls分别组成两个升压斩波电路,工作原理与 时类似。由于电压型pwm整流电路是升压型整流电路,其输出直流电压应从交流电压峰值向上调节,向低调节会恶化输入特性,甚至不能工作。
图1 单相pwm整流电路
输入电流 相对电源电压 的相位是通过对整流电路交流输入电压 的控制来实现调节。图5-47给出交流输入回路基波等效电路及各种运行状态下的相量图。图中 分别为交流电源电压 、电感 上电压 、电阻 上电压 及输入电流 的基波相量, 为 的相量。
图2 pwm整流电路输入等效电路及运行状态相量图
图(b)为pwm整流状态,此时控制 滞后 的一个 角,以确保 与 同相位,功率因数为1,能量从交流侧送至直流侧。
图(c)为pwm逆变状态,此时控制 超前 的一个 角,以确保 与 正好反相位,功率因数也为1,但能量从直流侧返回至交流侧。从图(b)、(c)可以看出,pwm整流电路只要控制 的相位,就可方便地实现能量的双向流动,这对需要有再生制动功能、欲实现四象限运行的交流调速系统是一种必须的变流电路方案。
图(d)为无功补偿状态,此时控制 滞后 一个 角,以确保 超前 90º,整流电路向交流电源送出无功功率。这种运行状态的电路被称为无功功率发生器svg(static var generator),用于电力系统无功补偿。
图(e)表示了通过控制 的相位和幅值,可实现 与 间的任意相位 关系。
2.三相pwm整流电路
三相桥式pwm整流电路结构如图3所示,其工作原理同单相电路,仅是从单相扩展到三相。只要对电路进行三相spwm控制,就可在整流电路交流输入端a、b、c得到三相spwm输出电压。对各相电压按图3(b)相量图控制,就可获得接近单位功率因数的三相正弦电流输入。电路也可工作在逆变状态或图5-47(d)、(e)的运行状态。
图3 三相桥式pwm整流电路