1、大連理工大學電源技術大作業姓名： 學號： 學習中心： 奧鵬遠程教育青島學習中心（直屬）25VIP題目四：三相PWM整流電路分析總 則：圍繞三相PWM整流電路，介紹其工作原理，并簡述其在實際中的應用。撰寫要求：（1）介紹PWM整流電路的分類。（2）介紹三相PWM整流電路的工作原理。（3）簡述三相PWM整流電路在實際中的應用。（4）學習心得三相PWM整流電路分析1. PWM整流電路的分類按輸出濾波方式分為：電壓型和電流型；電流型PWM整流器輸出端采用串聯濾波電感以維持輸出電 流低紋波，具有近似電流源的特性。電流型PWM整流器又稱為Buck型整流器，如圖所示。交流側由L, C組成二階低通濾波器，以濾

2、除交流側電流中的開關諧波;直流側接大電感，使直流側電流近似為平滑的直流。開關器件由可控器件與二極管串聯組成擴以提高器件的反向阻斷能力。與電壓型PWM整流器相似，電流型PWM整流器具有四象限運行的能力。電流型PWM整流器結構圖：電壓型PWM整流器是以輸出端 并聯濾波電容 以維持輸出電壓低紋波，具有近似電壓源的特性。由于其電路結構簡單，便于控制，響應速度快，目前研究及實際應用較多的是電壓型電路。2.三相PWM整流電路的工作原理PWM整流器與以往的整流器相比，具有以下的優良性能：(1)網側電流為正弦波；(2)網側功率因數可控制(如單位功率因數控制)；(3)電能雙向傳輸：(4)較快的動態控制響應。由于

3、PWM整流器電能可雙向傳輸，當PWM整流器從電網吸收電能時，其運行于整流工作狀態；而當PWM整流器向電網傳輸電能時，其運行于有源逆變狀態。所謂單位功率因數是指：當PWM運行于整流狀態時，網側電壓、電流同相位(正阻特性)；當PWM運行于有源逆變狀態時，其網側電壓、電流反相位(負阻特性)。進一步研究表明，由于PWM整流器其網側電流及功率因數均可控制，因而可被推廣應用于有源電力濾波及無功補償等其它一些非整流器應用場合。由此可見，PWM整流器實際上是一個其交、直流側可控，可以在四象限運行的變流裝置。圖1-1為PWM整流器模型電路，該電路由交流回路、功率開關橋路以及直流回路組成。其中交流回路包括交流電動

4、勢以及網側電感等，直流回路包括負載電阻及負載電動勢等；功率開關管整流電路可由電壓型或電流型整流電路組成。圖1-1 PWM整流器模型電路圖將普通整流電路中的二極管或晶閘管換成IGBT或MOSFET等自關斷器件，并將SPWM技術應用于整流電路，這就形成了PWM整流電路。通過對PWM整流電路的適當控制，不僅可以使輸入電流非常接近正弦波，而且還可以使輸入電流和電壓同相位，功率PWM整流電路由于需要較大的直流儲能電感以及交流側LC濾波環節所導致的電流畸變、振蕩等問題，使其結構和控制復雜化，從而制約了它的應用和研究。相比之下，電壓型PWM整流電路以其結構簡單，較低的損耗等優點，電壓型PWM整流電路的成功應

5、用更現實故選擇電壓型PWM整流電路進行研究。圖1-4 PWM整流電路兩種運行方式向量圖a）整流運行 b）逆變運行圖1-5 三相PWM整流電路三相PWM整流電路主要結構如圖所示，其工作原理和單相PWM整流電路類似。通過對電路進行SPWM控制，就可以在橋的交流輸入端ABC產生一個正弦調制PWM波，。，對各相電壓按圖1-4a)的向量圖進行控制，就可使各相電流，為正弦波且和電壓相位相同，功率因數為1。3.三相PWM整流電路在實際中的應用目前在PWM整流器中得到廣泛應用的電力電子器件主要有如下幾種：3.1門極可關斷晶閘管(GTO)GTO是最早的大功率自關斷器件，是目前承受電壓最高和流過電流最大的全控型器

6、件。它能由門極控制導通和關斷，具有通過電流大、管壓降低、導通損耗小，dv/dt耐量高等優點，目前已達6KV/6KA的應用水平，在大功率的場合應用較多。但是GTO的缺點也很明顯，驅動電路復雜并且驅動功率大，導致關斷時間長，限制了器件的開關頻率；關斷過程中的集膚效應容易導致局部過熱，嚴重情況下使器件失效；為了限制dv/dt，需要復雜的緩沖電路，這些都限制了GTO在各個領域的應用，現在GTO主要應用在中、大功率場合。3.2電力晶體管（GTR）電力場效應管又稱為巨型晶體管，是一種耐高壓、大電流的雙極結型晶體管，該器件與GTO一樣都是電流控制型器件，因而所需驅動功率較大，但其開關頻率要高于GTO，因而自

7、20世紀80年代以來，主要應用于中小功率的變頻器或UPS電源等場合。目前其地位大多被絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和電力場效應管（PowerMOSFET）所取代。3.3電力場效應管（PowerMOSFET）電力場效應管是用柵極電壓來控制漏極電流的，屬于電壓控制型器件，因此它的第一個顯著特點是驅動電路簡單，需要的驅動功率小。其第二個顯著特點是開關速度快，工作頻率高。另外PowerMOSFET的熱穩定性優于GTR。但是PowerMOSFET電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的場合。3.4絕緣柵雙極晶體管(IGBT)IGBT是后起之秀，將MOSFET和GTR的優點于一身，既具有MOSF

8、ET的輸入阻抗高、開關速度快的優點，又具有GTR耐壓高、流過電流大的優點，是目前中等功率電力電子裝置中的主流器件。目前的應用水平已經達到3.3KV/1.2KA。柵極為電壓驅動，所需驅動功率小，開關損耗小、工作頻率高，不需緩沖電路，適用于較高頻率的場合。其主要缺點是高壓IGBT內阻大，通態壓降大，導致導通損耗大；在應用于高（中）壓領域時，通常需要多個串聯。3.5集成門極換流晶閘管(IGCT)和對稱門極換流晶閘管(SGCT)IGCT是在GTO的基礎上發展起來的新型復合器件，兼有MOSFET和GTO兩者的優點，又克服了兩者的不足之處，是一種較為理想的兆瓦級、高（中）壓開關器件。與MOSFET相比，I

9、GCT通態壓降更小，承受電壓更高，通過電流更大；與GTO相比，通態壓降和開關損耗進一步降低，同時使觸發電流和通態時所需的門極電流大大減小角，有效地提高了系統的開關速度。IGCT采用的低電感封裝技術使得其在感性負載下的開通特性得到顯著改善。與GTO相比，IGCT的體積更小，便于和反向續流二極管集成在一起，這樣就大大簡化了電壓型PWM整流器的結構，提高了裝置的可靠性。其改進形式之一稱為對稱門極換流晶閘管(SGCT)，兩者的特性相似，不同之處是SGCT可雙向控制電壓，主要應用于電流型PWM中。目前，兩者的應用水平已經達到6KV/6KA。學習心得隨著PWM整流器在工業領域的廣泛應用和電力電子技術的不斷發展對PWM整流器控制策略的研究將不斷深人其控制技術主要向以下幾方面發展：(1)電網不平衡條件下PWM整流器的控制技術研究目前關于電網處于不平衡狀態時，PWM整流器的研究主要圍繞整流器嗣側的電感及直流側電容的設計準則，或者是通過控制系統本身去改善和抑制整流器輸入側的不平衡因素。為了使PWM整流器在電網處于不平衡狀態下仍能正常運行，必須提出相應的控制策略。(2)將非線性控制理論應用到PWM整流器控制技術中為提高PWM 整流器的性能，國內外學者開始將非線性狀態反饋控制、Lyapunov非線性大信號方法以及無源性控制理論應用到PWM整流器控制中。仍然需