发布时间 : 星期一 文章基于SVPWM的三相电压型PWM整流器的仿真设更新完毕开始阅读
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1. 当桥路电压矢量Ur处于图2.5a的状态时，电网电压Us超前交流侧电流is有90°相角，则PWM整流器输入端呈现纯电感特性，只从电网吸收感性无功功率，而不吸收有功功率。
2. 当桥路电压矢量Ur处于如图2.5b的状态时，电网电压Us与交流侧电流is同相位，则PWM整流器输入端呈现正电阻特性，功率因数为1。
3. 当桥路电压矢量Ur处于如图2.5c的状态时，电网电压Us滞后交流侧电流is有90°相角，则PWM整流器输入端呈现纯电容特性，只从电网吸收容性无功功率，而不吸收有功功率。
4. 当桥路电压矢量Ur处于如图2.5d的状态时，电网电压Us与交流侧电流is相差180°相角，则PWM整流器输入端呈现负电阻特性，功率因数为-1。
UsIsUrRs*Is(IsUr(UsULsb)Rs*IsULsa)Rs*IsULsUr(UsIsIsRs*IsUrUs(ULsc)d)
图2.5 PWM整流器四象限运行原理图
2.2 PWM整流器的拓扑结构
2.2.1 单相全桥PWM整流器拓扑结构
idcD3UdcCdIsLsUsT1RsD1T3T2D2T4D4 图2.6 单相全桥电压型PWM整流器拓扑结构
单相PWM整流器拓扑结构如图2.6所示，通过对开关Tl—T4的通断控制，就可在整流器的交流输入端产生正弦调制PWM波电压UAB。UAB中不含有低次谐波成分，只含有与目标信号频率相同且幅值成比例的基波分量以及与三角载波有关的高频谐波。由于交流侧电感具有滤波作用，高次谐波对交流侧电流is不会产生太大的影响，在理想情况下，当被调信号与电网电压Us频率一致时，is是与
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电网电压同频率的正弦波。如果对UAB中基波分量的幅值和相位进行控制，就可以使交流侧电流波形正弦化且网侧功率因数接近±1。
以单位功率因数整流状态为例，假设
??Us?t??2Umcos?t ? (2.3)
??is?t??2Imcos?t在理想情况下，假设整流器无损耗，根据功率平衡原理，整流器的瞬时输入功率Pin(t)等于瞬时输出功率Pout(t)，即：
Pin(t)=us(t)*is(t)=UmIm(1+cos2?t) =Pout(t)=udc(t)*idc(t) (2.4) 由此看出，PWM整流器的瞬时输入功率Pin(t)是变化的，且以2倍于电网频率脉动。
idc=
us?t?*is?t?Um*Im=(1+cos?t) (2.5)
udc?t?Udc可见，PWM整流器的输出电流idc(t)是以2倍于电网频率脉动的。
2.2.2 三相半桥PWM整流器拓扑结构
idcT1D1UsaOUsbUscLsLsLsRsRsiaRsibicT4D4T6D6ABT2CD2-NI0T3D3T5+MD5UdcCdRL
图2.7 三相半桥电压型PWM整流器拓扑结构
UsφUrRs*Is（a）(a) 整流器低频等效电路模型IsαULsIsαUrφRs*IsULsUsa（b）(b) A相向量图
图2.8 PWM整流器输入侧等效电路和向量图
三相电压型PWM整流器主电路拓扑结构一般采用如图2.7的三相半桥电路，
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其交流侧等效电路可表示为图2.8a。其中Us为电网电压，Ur为整流器交流侧电压，N为电网中点，G为输出滤波电容中点， i为交流侧电流，Udc为整流器直流侧电压。当输入电网电压和整流器三相控制电压对称时，电网中点N和电容中点G具有相等的电位，三相电路互相独立，图2.8b为A相等效电路的向量图。 设电网电压为：
usa=Umcos(?t) (2.6a)
2 usb=Umcos(?t-?) (2.6b)
32 usc=Umcos(?t+?) (2.6c)
3设整流器交流电流基波为： ia=Imcos(?t-?) (2.7a)
2?) (2.7b) 32 ic=Imcos(?t-?+?) (2.7c)
3设整流器控制电压为：
ib=Imcos(?t-?-
uca=Imcos(?t-?) (2.8a) ucb=Imcos(?t-?-2?) (2.8b) 32 ucc=Imcos(?t-?+?) (2.8c)
3式中，m为调试比，0 忽略整流桥的滞后时间，整流器输入电压和控制电压的关系为： 1 urk=udcuck (k=a，b，c ) (2.9) 2式中udc为整流器输出直流电压。 整流器瞬时输入功率即为： Pin=uraia+urbirb+urcirc (2.10) 将(2.7)、(2.8)、(2.9)代入(2.10)得： 3 Pin=udcmImcos(?-?) (2.11) 2整流器瞬时输出功率为： Pout=udcidc (2.12) 不计交流侧电感的等效电阻，并假设整流桥无损耗，由功率平衡原理可知，Pin与 Pout相等。联立式(2.11)与式(2.12)即可求得输出直流电流为： 3 idc=mImcos(?-?) (2.13) 210 武汉科技大学本科毕业设计 由上式可知，三相PWM整流器与单相PWM整流器的不同点为：当三相输入电压和电流对称时，直流侧电压恒定，滤波电容无低频电流通过。同时三相PWM整流器的输入瞬时功率是恒定的，而单相整流器的则是波动的且含有低频分量(100Hz)。因此，单相PWM整流器的输出滤波电容需虑除高频纹波和低频纹波，而三相PWM整流器的输出滤波电容仅需考虑虑除高次谐波，从而容量可以做得比单相的小。 2.3 三相电压型PWM整流器的低频数学模型 为了深入分析和理解三相PWM整流器的工作原理，我们需将抽象的概念转换为具体的数学模型。为了便于分析三相电压型PWM整流器的数学模型，通常假定电网电动势为理想三相对称电压，网侧电感为线性且不饱和。而三相PWM整流器得数学模型又分为低频模型和高频模型两种，本文重点研究的三相电压型PWM整流器的开关频率一般远高于电网基波频率，故只需考虑低频模型。 2.3.1 ABC静止坐标系下的低频数学模型 电压型PWM整流器的主电路如图2.7所示，应用基尔霍夫电压定律，可得其交流侧电压方程： Ls dia+Rsia=usa-ura (2.14a) dtdib+Rsib=usb-urb (2.14b) dt Ls Ls dic+Rsic=usc-urc (2.14c) dt又由图2.8a，可得整流器的直流侧电流方程为： idc=C dudcudc+ (2.15) dtRL将式(2.13)代入式(2.15)中，得： C dudcudc3+=mImcos(?-?) (2.16) dtRL2在式(2.16)中，令 dudc=0，可得PWM整流器稳态时的输出电压表达式： dt11