三相電壓型PWM整流器的基本原理與建模分析

1、第三章三相電壓型 PWM整流器的基本原理與建模分析本文蓄電池充電裝置是采用可逆PWMg流器的智能充電裝置，PWMg流器既可工作于整流狀態(tài)又可工作于逆變狀態(tài)， 從而實(shí)現(xiàn)能量再生和提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，降低對(duì)電網(wǎng)的諧波 污染；并采用饋能放電，將蓄電池電能回饋到電網(wǎng)，節(jié)省電 能。三相電壓型 PWMg流器是本系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)，擔(dān)負(fù)著為 蓄電池充電時(shí)提供直流電源及放電時(shí)向電網(wǎng)饋電的功能。本 章給出了三相電壓型 PWMg流器的基本原理及建模仿真。1.1 PWM整流器基本原理概論P(yáng)WM整流器是一個(gè)可工作在四象限的、交流側(cè)和直流側(cè) 全控型的電流變換裝置。首先通過 PWh整流器的模型電路來 闡述其基本原理。圖3-1圖

2、3-1為PWM變流器模型電路。PWh變流器模型電路由主要由三部分構(gòu)成：交流網(wǎng)絡(luò)、橋式功率開關(guān)管電路以及直流網(wǎng)絡(luò)。其中交流網(wǎng)絡(luò)可以等效為交流電動(dòng)勢(shì) E和網(wǎng)側(cè)電感L的串聯(lián)；直流 網(wǎng)絡(luò)可以等效為負(fù)載電阻 RL和負(fù)載電動(dòng)勢(shì)eL串聯(lián)；橋式功 率開關(guān)管電路可以是電壓型橋路也可以使電流型橋路。忽略功率開關(guān)管橋路的損耗，根據(jù)交流側(cè)和直流側(cè)功率平衡關(guān)系可得1.1式h匸皿（3-1）式中：V , I 一交流側(cè)電壓、電流；Vdc, Ide 直流側(cè)電壓、電流。由式（1.1）可知：模型電路的的交，直流兩側(cè)相互制約。F面通過分析模型電路的交流側(cè)電壓電流來研究PWM變流器的運(yùn)行原理。為簡(jiǎn)化分析，忽略PWM勺諧波分量，只考慮基

3、波，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，PWM交流側(cè)電壓電流矢量關(guān)系如圖1.2所 示。以E為參考矢量，控制V可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。如2不變， 則,也不變，V的運(yùn)行軌跡便成了以為半徑的圓。 在V分別抵達(dá)A, B, C, D 四個(gè)特殊點(diǎn)時(shí)，PWMI流器分別呈 現(xiàn)純電感特性、正電阻特性、純電容特性和負(fù)電阻特性。一交流側(cè)電壓矢量一交流側(cè)電流矢A）純電感特性運(yùn)行B）正電阻特性運(yùn)行C）純電容特性運(yùn)行D）負(fù)電阻特性運(yùn)行圖1.2PWM變流器交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系圖E一交流電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量VVL-交流側(cè)電感電壓矢量I對(duì)pwM流器在四個(gè)特殊點(diǎn)間的運(yùn)行規(guī)律詳細(xì)分析如下1.電壓矢量v端點(diǎn)在圓軌跡弧 AB上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWK整流器 運(yùn)行于整流狀態(tài)。此時(shí)，電

4、網(wǎng)的有功和感性無功注入到 PWM整流器，電能從電網(wǎng)經(jīng)過 PWM整流器輸送到直流負(fù)載。 注意，當(dāng)PWMi行在B點(diǎn)時(shí)，是單位功率因數(shù)的整流控制 ；在A點(diǎn) 運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)中只有感性無功注入PWM整流器，此時(shí)有功功率不會(huì)注入PWMS流器。2.當(dāng)電壓矢量v端點(diǎn)在圓軌跡弧 Be上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWh整流 器運(yùn)行于整流狀態(tài)。此時(shí)， PWM整流器需從電網(wǎng)吸收有功及 容性無功功率，電能將通過 PWh整流器由電網(wǎng)傳輸至直流負(fù) 載。當(dāng)PWMI流器運(yùn)行至 C點(diǎn)時(shí)，PWMI流器將不從電網(wǎng)吸 收有功功率，而只從電網(wǎng)吸收容性無功功率。1.當(dāng)電壓矢量V端點(diǎn)在圓軌跡弧 CD上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWh整流 器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)。此時(shí)，PWM整流器

5、需向電網(wǎng)傳輸有功及容性無功功率，電能將從PW嗨流器直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。 當(dāng)PWMS流器運(yùn)行至D點(diǎn)時(shí)，便可實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)有源逆 變控制。4.當(dāng)電壓矢量V端點(diǎn)在圓軌跡弧 DA上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWh整流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)。此時(shí)，PWM整流器向電網(wǎng)傳輸有功及感性無功功率，電能將從 PWM整流器直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。 根據(jù)上述分析，實(shí)現(xiàn) PWM整流器四象限工作的條件是對(duì) 網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行控制。一種方式是控制 PWM整流器的交流側(cè)的電壓來對(duì)它的網(wǎng)側(cè)電 流進(jìn)行間接控制 ; 另一種方式是通過網(wǎng)側(cè)電流的閉環(huán)控制來 對(duì)PWM整流器的網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行直接控制。1.2可逆充放電裝置中 PWM整流器的選擇1.2.1 PWM 整流器的分類隨著 PWM 整流器的技術(shù)發(fā)展，己經(jīng)設(shè)計(jì)出多種 PWM 整流 器，其分類如下 32:f電壓源型按垃流儲(chǔ)能林分類電流源型単相電路按電網(wǎng)相數(shù)分類三相電路塞相電路PWM幣流妙按PWM丿|咲調(diào)制分類器蠶靄按橋路機(jī)構(gòu)分類:半橋電路 '全橋電路 '二電平電路按調(diào)制電平分類三電平電路務(wù)電平電路1PWM整流器的分類方式很多，最基本的分類方法就是將PWM整流器分成電壓型、電流型，