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标题: 单相PWM整流器的高品质输入电流实现 [打印本页]

作者: 520503 时间: 2013-2-23 21:12 标题: 单相PWM整流器的高品质输入电流实现

摘要：给出了一种基于Matlab/Simulink来建立双闭环单相PWM整流器仿真模型的实现方法，提出了一种可以有效改善PWM整流器输入电流波形的设计方法。仿真结果表明，该方法对输入电流中的三次谐波分量能够起到明显的抑制作用，可以得到高质量的输入电流波形。
　　0 引言
　　单相PWM整流器相对于三相PWM整流器来说，所需要的功率开关器件少，造价低廉，适合在中小功率场合使用。为此，本文从单相PWM整流电路出发，通过控制方法的改进及控制算法的优化，同时利用电压外环PI控制器的自动调节能力，提出了一种简单有效的改善输入电流波形，以滤除三次谐波的设计方法，同时给出了基于Matlab/Simulink建立的仿真模型。仿真结果表明，该方法能够有效抑制输入电流中的三次谐波。
　　1 PWM整流电路的控制方法
　　单相全桥PWM整流器拓扑结构采用具有4个功率开关管的H桥结构。图1所示是该单相全桥PWM整流器的拓扑结构。由图1可见，该结构由主电路开关管S1～S4、交流侧电感L、等效电阻Rs、直流侧电容Cd和负载Rl组成。

图1 单相全桥PWM整流器的拓扑结构图

　　单相电压型PWM整流器控制系统的结构框图如图2所示，图中，电流内环指令is*由电压外环PI调节器输出与同步信号合成而得。当负载电流增大时，直流侧电容C放电使其电压udc下降， PI调节器的输入出现正偏差，则使其输出Im增大， Im的增大又会使输入电流增大，也使直流侧电压回升，从而到控制效果。当负载电流减小时，调节过程和上述过程相反。

图2 PWM 整流器的控制系统结构框图

　　2 仿真实现
　　仿真时，可以基于Matlab/Simulink来建立仿真模型，其主电路参数选择为：交流侧电感L选1.8 mH，等效电阻Rs=0.06 Ω、直流侧电容Cd=2.0μF、负载Rl=25 。输入电压取幅值为100 V的正弦交流信号，输出直流参考为200 V。输入电流的仿真结果如图3所示，图4所示是其输入电流快速傅里叶分析图(FFT)。
　　上述仿真结果表明，单相PWM整流器的输入电压和输入电流基本同相位，从而实现了单位功率因数整流。其输入电流近似为正弦波形，但是，谐波畸变率达到了9.29%，其中主要是三次谐波。

图3 输入电流仿真结果波形图

图4 输入电流的FFT分析图

　　3 输入电流波形的改善
　　从图3所示的输入电流波形仿真曲线可以看出，输入电流畸变比较严重，而从图4中的快速傅里叶分析(FFT) 可知，而输入电流中除了基波成分外，还含有大量三次谐波。基于功率守恒原理可以计算得到输出直流电压udc与输出直流电压平均值

、角频率ω、直流侧电容C以及负载R有如下关系：

　　为了简化分析，假设电压环的PI控制器只含有比例环节kup，那么，经过电压控制器得到的指令电流的幅值为：

　　指令电流为：

　　由式(1) ～ (3) 可得，输出直流电压udc中的二次谐波使得指令电流is的幅值Im含有一定量的二次谐波，因此直接导致指令电流is含有三次谐波。

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