單相電壓型PWM整流電路原理分析與仿真

設(shè)Ucm為三角載波幅值；us(t)為單極性SPWM波，采用狀態(tài)空間平均模型分析，us在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的平均值表示為：

時(shí)能否使得交流側(cè)獲得高功率因數(shù)，此時(shí)有：

從相量圖及式(8)可以看出為保持單位功率因數(shù)，通過脈寬調(diào)制的適當(dāng)控制，在不同的負(fù)載電流下，使向量端點(diǎn)軌跡沿直線AB運(yùn)動(dòng)。同理也能得到逆變工況下的運(yùn)行條件，這里不再贅述。

3 單相電壓型PWM整流電路工作過程分析
可以將電壓型單相橋式PWM整流電路的4個(gè)橋臂看成4個(gè)開關(guān)，任一時(shí)刻應(yīng)有兩個(gè)橋臂導(dǎo)通。為避免輸出短路1，2橋臂和3，4橋臂都不允許同時(shí)導(dǎo)通。因此PWM整流電路有4種工作模式。圖3(c)給出PWM整流電路在整流工況下的控制信號(hào)時(shí)序分布。從圖中可以看出隨著調(diào)制信號(hào)的正、負(fù)半周變化，電路在如圖3(a)，(b)所示的短路、整流、短路3個(gè)狀態(tài)中交替變換。因此交流側(cè)電壓us(t)是一個(gè)單極性PWM波形，輸出幅值為±Ud和0；而對(duì)應(yīng)的電感L上壓降uL分別取uN,uN-Ud和uN+Ud三種不同的值，這樣通過調(diào)節(jié)調(diào)制比m就能有效控制us1，進(jìn)而使得電路的功率因數(shù)為1。

4 單相電壓型PWM電路控制策略分析
根據(jù)功率平衡原理，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)有下式成立：

式中：Uc*是直流輸出參考電壓。對(duì)式(9)做拉氏變換，得到Id與Ud的傳遞函數(shù)：

假設(shè)PWM開關(guān)頻率足夠高，電流滯環(huán)可以使用一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)代替，從而產(chǎn)生網(wǎng)側(cè)參考電流Id*到Id的傳遞關(guān)系：

式中：Ti電流滯環(huán)等效時(shí)間常數(shù)。為了濾除直流電壓偏差中的二次紋波，可設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，若采用簡(jiǎn)單的一階低通濾波器，則截止頻率(fc=1／Tc)一般選在二分之一基波頻率以下，濾波器傳遞函數(shù)為：

根據(jù)前述分析得到采用直接電流控制策略時(shí)單相PWM整流器的控制框圖如圖4所示。參考電壓Udref與直流側(cè)輸出電壓Ud的差值，經(jīng)低通濾波器后經(jīng)PI調(diào)節(jié)與正弦同步信號(hào)相乘，產(chǎn)生參考電流信號(hào)isref，與相應(yīng)的源側(cè)電流反饋信號(hào)isf，做比較，形成電流偏差信號(hào)，這樣隨著橋入端電平更迭，網(wǎng)側(cè)電流將始終圍繞電流給定值升降，把偏差信號(hào)加入相應(yīng)的輸入調(diào)節(jié)電壓前饋，經(jīng)滯環(huán)控制就得到調(diào)制信號(hào)，該調(diào)制信號(hào)與三角波載波相比較產(chǎn)生開關(guān)脈沖，經(jīng)輸出去控制理想開關(guān)。