变频器的PWM整流器

    目前，在变频器中的整流器多采用不可控二极管桥式整流电路。这种方案控制简单，成本较低，但整流器从电网吸收畸变的电流，给电网侧带来大量的谐波，造成电网的谐波污染；在运行过程中，直流侧能量无法回馈电网，尤其当电机处于频繁启制动运行方式时会带来大量的能量浪费。为实现变频器再生能量向电网的回馈，网侧变流器可改为可逆整流器。传统的可逆整流器是利用晶闸管采用相控整流方式，如图4-7所示。

    图4-7    采用晶闸管的可逆整流器

    这种方式是采用相位控制方式调压，控制技术成熟，但相控整流方式存在动态响应慢、深控下网侧功率因数低、谐波含量高、换流重叠时会引起电网电压波形畸变等缺点。

    随着全控式开关器件如BJT、MOSFET、GTO的实用化，一种新型的斩控式整流器隧之应运而生。近年提出的开关模式整流器(SMR)，可以克服相控整流和不可控整流的缺点，具有高功率因数，低电流谐波、电能可逆传送、动态响应快等优点。

    该类整流器的结构和逆变器完全相同，其工作原理是：采用PWM控制方式，通过对整流器输入电流的控制，使输入电流波形近似为正弦且与输入电压同相位。它在作为整流器工作时，即将交流电能转换为直流电能，提供给负载；也可作为有源逆变器工作，即把负载反馈的能量转化为交流电能送往电网，在这里我们把它称为斩控式整流器或PWM整流器。它通过对交流电流的大小和相位进行控制，一方面使输入交流电流接近正弦波，另一方面使系统的功率因数接近1，从而大大地减少电网的无功分量和谐波干扰。同时，当电动机减速制动从逆变器返回再生功率使直流电压升高时，可以使交流输入电流的相位与电源电压的相位相反，实现冉生运行并将再生功率回馈到交流电网去，将直流电压保持在某一恒定值。这种情况下，斩控式整流器工作在有源逆变状态。

    综上所述，斩控式整流器应满足如下的要求：

    ①输入电流的波形应为正弦。

    ②保证电网侧的功率因数为1。

    ③功率可以实现双向传递，具有再生能力。也就是说．如果设电网电流电压为

   uN = UNmsininωt    (4-1)

斩控式整流器处于整流状态时，电网电流为

   iN = INmsinωt    (4-2)

斩控式整流器处于逆变状态时，电网电流为

   iN = INmsin(ωt - 180°)    (4-3)

功率因数cos φ为

   cosφ=1    (4-  4)

    建立能量可逆PWM整流器的模型是研究这种功率变换器的基础，电流控制是其控制的核心，斩控式整流器分为电压型和电流型两种方式；在控制策略上，有直接电流控制和问接电流控制之分，间接控制输入电流的优点是控制简化。直接电流控制可以获得优良的动态和静态特性，但控制复杂。在此以电压型可控整流器为例进行分析。图4-8所示电路即为典型的单相开关型整流器主电路结构图。

    图4-8    单相开关型整流器主电路结构

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