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电压型PWM整流器原理和设计分析概述

目录

TOC\o1-3\h\u32288电压型PWM整流器原理和设计分析概述 1

285971.1三相电压型PWM整流器原理 1

269491.2电压型PWM整流器的数学模型 3

75121.2.1三相静止坐标系中的数学模型 4

153051.2.2两相静止坐标系中的数学模型 5

65731.2.3两相旋转坐标系中的数学模型 6

227331.3主电路参数分析与设计 7

173331.3.1交流侧电感 7

128191.3.2直流侧电容 11

1.1三相电压型PWM整流器原理

图3-1中示出了电压型PWM整流器的拓扑。由此可见，无论是在整流状态下，还是在你变器状态下，PWM整流器都能正常工作。借此，该器件具有双向流、四象限运行的基本特点。在此部分章节中，主要对整流器的整流状态下动作特性展开了分析【16】。

图3-1三相电压型PWM整流器的拓扑结构

如图3-1，表示的是电压型PWM整流器的拓扑结构。从拓扑结构图中可以明显看出该器件的主电路构成，主要由5部分内容，分别是交流侧电压源、交流电感、三相整流桥、直流电容、以及负载。其中，ea、eb、ec是交流输入侧的三相电压，ia、ib、ic表示的是交流输入侧的三相电流，L表示的是交流输入侧的滤波电感器，在它的作用下，不仅可以促进能量的传输，同时也会对高频开关以前你的谐波产生一定的抑制作用。R表示的是网侧等效电阻，T1～T6表示的是IGBT电力开关管，它们之间通过并联的方式接入到电路中。在功率管未导通时，电感电流会完成持续电流。C表示的是直流输出侧的滤波电容，稳定直流电压，减少电压脉动，Udc表示的是直流输出侧的电压，N点表示的是直流母线的基准点，RL是输出侧的负载【16】。

依据电压型PWM拓扑结构，简化为图3-2所示的模型，模型中的输入端子电路主要包括以下两部分内容，其一为电网络的电位e，其二为网侧电感L。在计算的过程中，不将整流桥的电力损失考虑进来的话，对应的交流、直流两侧的功率平衡如下式所示：

（3-1）

依据式（3-1）可知，可以通过对直流侧的电流、电压等的开工至，实现电压型PWM整流器的控制功能，对交流侧矢量运行情况进行分析后，电压型PWM整流器如图3-3所示，可以进行4象限运行。

图3-2三相电压型PWM整流器电路模型

在图3-3中可以看出，系统仅考虑基本波分量而忽略电压型PWM整流器的谐波分量，并且在稳定状态下操作，通过交流侧电压矢量V，对四象限进行控制。图3-3a）中为PWM整流器的网侧电流矢量I滞后电动势矢量E的角度为90°，网侧是电感特性，图3-3b）中为PWM整流器网侧电流矢量I与电动势矢量E平行地相同的方向，网侧是正电阻特性，在整流状态下动作。在图3-3c）中，网侧电流矢量I前驱的电动势矢量E的角度为90°，网侧是净容量特性。图3-3d）中，网侧电流矢量I与电动势矢量E相反平行，网侧是负电阻特性，其在逆变器状态下动作【4】。

（a） (b)

(c)(d)

图3-3四象限运行矢量图

1.2电压型PWM整流器的数学模型

需要对数学模型进行简化，进而方便导出。然后，通过下述假设，用以分析电压型PWM整流器【7】。

1）从电网侧来看，表示的是三相平衡电压源，具有相等的振幅，产生了120°的相位差和正谐波，并且处于理想状态。

2）对于三相交流输入侧的滤波器而言，不考虑该器件的电感L饱和，拥有相等的等效电阻值。从电感特性来看，表现出线性的特点，各相位具有相等的电感【18】。

3）对于功率开关管而言，指的是理想的开关。在实际使用的过程中，如果不考虑开关转换过程、以及功率损失的话，可以使用开关来描述具体的通断状态，不需要将死区对系统产生的影响考虑进来。

4）从开关管的开关频率来看，要比电网的基波频率高出很多【18】。

通过上面的四个假设条件，说明了使用开关函数的开关管的状态，但这里，单极性二值逻辑开关函数Sk如下表示：

（3-2）

1.2.1三相静止坐