三相桥式PWM整流电路分析

【摘要】为了抑制电力电子装置产生的谐波，其中的一种方法就是对整流器本身进行改进，使其尽量不产生谐波。通过对各个电力半导体器件的通断进行 PWM调制，使输入电流成为接近正弦且与电源电压同相的PWM波形，从而得到接近1的功率因数。本文主要对电压型三相半桥式PWM整流电路进行分析，在此基础上对PWM 整流技术加以探讨，对PWM整流装置的维护和设计有一定参考价值。

【关键词】PWM整流；三相桥

1.引言

随着电力电子技术的迅速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通、家庭等众多领域中的应用日益广泛，大量的非线性负载被引入电网，导致了日趋严重的谐波污染。电网谐波污染的根本原因在于电力电子装置的开关工作方式，引起网侧电流、电压波形的严重畸变。

为了抑制电力电子装置产生的谐波，其中的一种方法就是对整流器本身进行改进，使其尽量不产生谐波，且电流和电压同相位。这种整流器称为高功率因数变流器或高功率因数整流器。高功率因数变流器主要采用PWM整流技术，一般需要使用自关断器件。只要对整流器各开关器件施以适当的PWM控制，就可以对整流器网侧交流电流的大小和相位进行控制，不仅可实现交流电流接近正弦波，而且可使交流电流的相位与电源电压同相，即系统的功率因数总是接近于1。本文主要对电压型三相半桥式PWM整流电路进行分析，在此基础上对PWM 整流技术加以探讨，对PWM整流装置的维护和设计有一定参考价值。

2.传统整流电路的存在的问题

在我国，当前主要的谐波源主要是一些整流设备，如化工、冶金行业的整流设备和各种调速、调压设备以及电力机车。传统的整流方式通常采用二极管整流或相控整流方式，采用二极管整流方式的整流器存在从电网吸取畸变电流，造成电网的谐波污染，而且直流侧能量无法回馈电网等缺点。采用相控方式的整流器也存在深度相控下交流侧功率因数很低，因换流引起电网电压波形畸变等缺点。这些整流器从电网汲取电流的非线性特征，给周围用电设备和公用电网都会带来不利影响。因此，十分必要开发趋于理想参数的更优电路，电压型三相半桥式PWM整流电路就是其中一种。

3.三相桥式PWM整流电路

3.1 整流电路的理想状态

为使交流电流的相位与电源电压同相，即系统的功率因数接近于1。整流电路的理想状态有以下要求：

（1）网侧功率因数λ=1

（2）输出电压u0U0（电压型）或输出电流i0I0（电流型）

（3）具有双向传递电能的能力

（4）能实现输出电压的快速调节以保证系统有良好的动态性能

（5）具有较高的功率密度

（6）整流电路无内耗，即电路中所有元器件均无损耗

3.2 PWM整流电路分析

所谓PWM整流电路指采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路。由于它在不同程度上解决传统低频整流电路存在的问题，得到国内外的重视。由于PWM主电路拓扑结构与逆变电路十分相似，因此逆变电路获得成功的经验和技术都可以顺利地移植到PWM整流电路，所以近年来发展较快。

三相PWM整流桥主电路包括交流侧的电感、电阻、直流输出电容，以及由全控开关器件和续流二极管组成的三相半桥电路。电阻R为滤波电感L的等效电阻和功率开关管损耗等效电阻的合并，C为直流侧支撑电容，其主要作用为缓冲三相电压型PWM整流器交流侧与直流负载间的能量交换，且稳定VSR直流侧电压，抑制直流侧谐波电压。

这一方案是基于d轴的矢量控制方案。d轴是一种以指定速度转动的二相旋转坐标系。在交流电动机调速系统中，当采用按转子磁场定向的矢量控制方案时便会使用这种坐标系，因为转子是旋转的。但在静止的整流电路交流侧采用这种坐标系进行控制的原因就需要略加解释。

4.结束语

通过对三相桥式PWM整流电路的分析，我们对其动态性能和工作模式，控制原理已有一定清晰的思路，未来研究主要是探索新的拓扑电路和如何提高整流器的稳态和动态性能。国内外中小型的PWM整流器已有成功的应用，而大功率PWM整流器应用仍需研究和完善。一方面，主电路拓朴的多样化，必然会引起控制方法的变异，甚至会产生更新、更简单的控制方法；另一方面，现代控制理论和计算机技术的发展也为新的方法的出现奠定了坚实的基础，现在状态反馈控制、变结构控制已经逐渐应用到PWM整流器的控制中来。可以祈望，PWM整流终将成整流电路的主流。

参考文献

[1]王兆安，张明勋.电力电子设备设计和应用手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2]邬伟扬等.三相电压源型PWM可逆整流器的新型相位幅值控制[M].电力电子技术，2000.