变频器的斩控整流电路

    采用斩波控制方式实现负载端直流电能控制的可控整流电路称为斩控整流电路。斩控是将固定的直流电压变换成可变直流电压的过程。    相控整流电路由于采用电网换相方式，不需要专门的换相电路，因而电路简单、工作可靠，得到广泛应用。但相控整流电路在控制角α较大时，功率因数较低，网侧电流谐波含量较大。因而在大功率调速传动中，低速运行时，功率因数变坏是首先要考虑的问题。    斩控整流电路是一种20世纪70年代发展起来的新型电路，能够改善这些特点。现代新型的斩控整流电源采用PWM控制方式，与传统相控方式实现的大功率整流电源相比能使电源的功率因数在整个调压范围内恒等于1，同时保证电网侧的电流波形为良好的正弦波，是一种优质且无电网公害的交、直流变换装置。    1)单相斩控整流电路    由单相斩控整流电路构成的电源控制系统是一个实时控制系统，该控制系统的核心——单片机具有较高的速度与较强的计算能力，单相斩控整流主电路中采用全控型器件大功率晶体管GTR构成整流桥。    图2-18是具有功率双向传输特性的单相斩控整流电源的主电路结构，电路中用大功率晶体管构成单相可控桥式整流电路，其中L1、C1构成电源入端的滤波电路。
    图2-18    单相斩控整流电路    设电网电压为UN整流桥输入电压的基波分量为Us1，则    Us1=UN/cosφ
    式中：IN为电网输入电流。    设输入端功率等于输出端功率，即    PN=Po    或    UN·IN=Uo·Io    则    IN=UoIo/UN    式中：Uo、Io分别为输出电压与输出电流。    输入电压与输出电压的比值
    由以上各式得出，要调整输出直流电压Uo只需改变φ角大小，即可实现Us1的调节；同时，改变M的大小，就可使输出电压得到调节。    2)三相PWM斩控整流电路    开关整流器SMR(即PWM斩控整流电路形式的整流器)装置采用可控器件并加以PWM开关控制，既可以达到整流器输入的目的，又可实现能量的双向流动。    在大功率斩波电源中，以往所使用的斩波开关元件大多是逆导晶闸管或可关断晶闸管。由于以上两种可控开关元件均属于电流控制型，因而其控制电路较为复杂，并且需要较大的控制功率。随着大功率复合器件——绝缘栅极晶体管(IGBT)的不断发展，它具有功率场效应管(VDMOS)及双极型大功率晶体管(GTB)两者的优点，即具有电压控制输入阻抗高、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小通断速度快、工作频率高、元件容量大等诸多优点。因此，IGBT很适合在大功率斩波电源中取代晶闸管组成斩波开关电路，由其组成的斩波电路结构简单、运行可靠。    三相PWM斩控整流电路如图2-19所示，由图可知，要做到功率因数为1，则交流网侧电压及电流必须同相位、同频率。PWM的基本思想是，将低频调制信号在一个开关周期内的平均值用一段等幅值的脉宽来表示。电网一侧的正弦信号和三角波信号比较的方法对图中的VT1~VT6进行PWM控制，就可实现能量回馈。
    图2-19    三相PWM斩控整流电路    在整流桥交流输入端AB产生一个正弦调制PWM波uAB、uAB中含有和AB输入端正弦信号同频率且幅值成比例的基波分量，及和开关频率有关的高频谐波。由于电感L的滤波作用，这些高次谐波电压只会使交流电流产生很小的脉动，可以忽略。适当地控制uAB，就可使A相、B相电流和电压同相，达到功率因数为1。