1、现代电力电子及变流技术现代电力电子及变流技术第六章第六章 整流器工作原理和控制技术整流器工作原理和控制技术 6.1 不控整流电路结构和工作原理不控整流电路结构和工作原理电路结构电路结构最常用的是单相桥和三相桥结构电路中的电力电子器件采用整流二极管整个整流过程不可控单相整流电路工作原理单相整流电路工作原理+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRud0iudqdp2pwti,ud在u2正半周过零点至wt=0期间，因u2ud，故二极管均不导通，电容C向R放电，提供负载所需电流。至wt=0之后，u2将要超过ud，使得VD1和VD4开通，ud=u2，交流电源向电容充电，同时向负载R供电。2
2、d2UU 6.1 不控整流电路结构和工作原理不控整流电路结构和工作原理 空载时，空载时，实际应用的情况实际应用的情况6.1 不控整流电路结构和工作原理不控整流电路结构和工作原理 a)b)u2udi20dqpwti2,u2,ud三相整流电路工作原理三相整流电路工作原理6.1 不控整流电路结构和工作原理不控整流电路结构和工作原理 a)b)Oiaudiduduabuac0dqwtpp3wt某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电；当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ud按指数规律下降。实际应用的情况实际应用的情况6.1 不控整流电路结构和工作原理
3、不控整流电路结构和工作原理 考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形 a）电路原理图 b）轻载时的交流侧电流波形 c）重载时的交流侧电流波形b)c)iaiaOOw tw t输出电压平均值输出电压平均值 Ud在（2.34U2 2.45U2）之间变化谐波和无功功率分析基础谐波和无功功率分析基础非正弦电路中的情况非正弦电路中的情况6.1 不控整流电路结构和工作原理不控整流电路结构和工作原理 非正弦电路的有功功率：P=U I1 cosj j1功率因数功率因数为：11111coscoscosjjjIIUIUISP 基波因数基波因数n=I1/I，即基波电流有效值和总电流有效值之比 位移因数位移因数（基
4、波功率因数）cosj j 1注：注：功率因数由基波电流相移基波电流相移和电流波形畸变电流波形畸变这两个因素共同决定的。不控整流电流波形畸变，造成功率因数低不控整流电流波形畸变，造成功率因数低电路结构电路结构6.2 单相单相PWM整流电路结构和工作原理整流电路结构和工作原理 交流侧电感Ls主要为外接电抗器的电感，是电路正常工作所必须的。工作原理工作原理6.2 单相单相PWM整流电路结构和工作原理整流电路结构和工作原理 采用SPWM控制开关器件动作，在交流输入端ab产生一个SPWM波uab；uab中含有和正弦信号波同频率且幅值成比例的基波分量和高次谐波；由于L的滤波作用，谐波电压只使i产生很小的脉
5、动；当正弦信号波频率和电源频率相同时，i与电源频率相同；e一定时，i幅值和相位仅由uab的基波幅值及其与e的相位差决定。改变uab基波的幅值和相位，可使i和e同相或反相，即实现单位功率因数。jwL6.3 单相单相PWM整流器功率控制原理整流器功率控制原理控制目标控制目标交流电流i和交流电压e的波形同步或反相；输出直流电压UD稳定在给定值UR。无功功无功功率为零率为零abdiLeudt电路方程电路方程向量图向量图注：注：通过调节uab的幅值和相位，可以实现e和i的同步或反相坐标系坐标系相量图包含了幅值和相位信息，可以构造静止直角坐标系；相量图在坐标系中匀速旋转，所有相量都可以理解为空间旋转矢量；
6、构造坐标系dq，d轴方向与e方向一致，显然dq坐标系是同步旋转的。6.3 单相单相PWM整流器功率控制原理整流器功率控制原理投影关系投影关系e、i、uab矢量在 上投影Esin、Isin、Uabsin代表这些量的实际值；e、i、uab矢量在 上投影Ecos、Icos、Uabcos代表这些量的虚拟值。坐标变换坐标变换(Park变换变换)dqcossinsincosYYYYqqqq6.3 单相单相PWM整流器功率控制原理整流器功率控制原理回路方程回路方程abdiLeudtdidtueLdidtue dqcossinsincosYYYYqqqqddddqqqq0110didtueiLLdidtuei
7、w tqwdeEq0e dqdqdddiLLiuEdtdiLLiudtww cos2sin2PEIQEIqjqj22Pe ie iQe ie i dq22PEiQEi 瞬时功率瞬时功率2DDDdUUPCUdtR6.3 单相单相PWM整流器功率控制原理整流器功率控制原理控制机理控制机理dq2RuELikPPwdqdqdddiLLiuEdtdiLLiudtww q1 qdiLk idt qd1 quLik iw RdPkPPdt3RRDDD LPk UUUU iqd1 qdq23RDDD LuLik iuELikk UUUU iPww 6.4 三相三相PWM整流电路结构和工作原理整流电路结构和工作
8、原理电路结构电路结构网侧三相交流电压eA、eB、eC提供电能；流过三相交流电感L的电流分别iA、iB、iC；三相交流电流通过六个开关管(或二极管)整流出直流电流iD；直流电流对直流电容C充电和提供给负载；输出直流电压为UD。6.4 三相三相PWM整流电路结构和工作原理整流电路结构和工作原理工作原理工作原理和前述的单相电路相似，只是从单相扩展到三相；采用SPWM控制开关器件动作，在交流输入端A、B和C形成 SPWM电压；通过控制通过控制A、B和和C点的电压点的电压，并在电感的作用下，iA、iB、iC为正弦波，且与输入电压同相(或反相)，即功率因数近似为1；6.5 三相三相PWM整流器主要控制方法
9、概述整流器主要控制方法概述电压定向控制电压定向控制(VOC)一种基于同步旋转坐标的矢量控一种基于同步旋转坐标的矢量控制方法，其实质是控制电流矢量与电制方法，其实质是控制电流矢量与电压矢量所在的压矢量所在的d轴重合轴重合 方法方法 三相电压和三相电流 Park变换变换dqcossinsincosYYYYqqqqClark变换变换1122dan33qbn221110cn2221203VVVVVVid、iq控制的本质：iq=0 6.5 三相三相PWM整流器主要控制方法概述整流器主要控制方法概述虚拟磁链定向控制虚拟磁链定向控制(VFOC)一种基于同步旋转坐标的矢量控制方法；控制思想是将三相交流电源和电
10、感虚拟成一台交流电机，其中交流电源虚拟成电机的电势，交流电感虚拟成电机的定子电感；控制方法：将电流矢量控制到虚拟磁链的垂直方向上。省去了三相电流检测环节省去了三相电流检测环节 虚拟磁链edte为三相交流电源电压合成矢量 以虚拟磁链方向定义d轴方向 将电流矢量控制在q轴方向上 代表了电机功率因数为1 6.5 三相三相PWM整流器主要控制方法概述整流器主要控制方法概述基于电压的直接功率控制基于电压的直接功率控制(V-DPC)一种基于功率解耦的控制方法；将总功率分解为瞬时有功功率和无功功率；直接功率控制的实质是将有功功率和无功功率分别控制，有功功率决定了输出直流电压，无功功率决定了系统功率因数。3a
11、 ab bc cbcacababcPe ie ie ieeieeieeiQClark、Pack变换 ddq dPi eQi e 控制本质：Q=06.5 三相三相PWM整流器主要控制方法概述整流器主要控制方法概述基于虚拟磁链的直接功率控制基于虚拟磁链的直接功率控制 VF-DPC 将虚拟磁链的构思应用到直接功率控制中将虚拟磁链的构思应用到直接功率控制中 ddPii i idtdtddQii i idtdt wwdedtej twei tdej dtww*RePe i*ImQe ieejeiiji6.5 三相三相PWM整流器主要控制方法概述整流器主要控制方法概述基于虚拟磁链的直接功率控制基于虚拟磁链
12、的直接功率控制 VF-DPC 磁链的估算借助了开关器件的开关状态兼顾了网侧电压波形不理想的实际问题6.6 三相三相PWM整流器功率控制技术整流器功率控制技术控制目标控制目标无功功率为0；输出直流电压UD稳定在给定值UR。电路方程电路方程AAGABBGBCCGCdiueLdtdiueLdtdiueLdt2DDD DDdUUPU iCUdtR回路方程回路方程deEq0e AGAABGBBCGCCueLdidtueLdidtueLdidtLdidteuLdidteutqwPark变换变换dqcossinsincosYYYYqqqqClark变换变换1122dan33qbn221110cn222120
13、3VVVVVVcosdeeqsindeeqddqdqdqLdidteLiuLdidtLiuww 瞬时功率瞬时功率3a ab bc cbcacababcPe ie ie ieeieeieeiQClark、Pack变换变换 3232ddqdPi eQi e 22332233ddddqddLL dPueQeedtLL dQuPeedtww 系统功率模型系统功率模型6.6 三相三相PWM整流器功率控制技术整流器功率控制技术 6.6 三相三相PWM整流器功率控制技术整流器功率控制技术 控制机理控制机理PPR时，控制P减少；P=PR时，控制P不变。Q0时，控制Q减少；Q=0时，控制Q不变。22332233
14、ddddqddLL dPueQeedtLL dQuPeedtww 12RdPgPPdtdQg Qdt 122323ddRdqdLueQkPPeLuPk Qeww 1123dLkge2223dLkge6.6 三相三相PWM整流器功率控制技术整流器功率控制技术 动态参考有功功率动态参考有功功率 PR2DDDdUUPCUdtRPR理论上期望为UR2/R3RRDDD LPk UUUU iUD收敛收敛6.6 三相三相PWM整流器功率控制技术整流器功率控制技术 控制设计控制设计122323ddRdqdLueQkPPeLuPk Qeww 3RRDDD LPkUUUU i11322323dDdD LRDDdqDdLu UeQaPU ia a UUUeLu UPa Qeww 6.6 三相三相PWM整流器功率控制技术整流器功率控制技术 控制实现控制实现 ABC1.15sin0.19sin3221.15sin0.19sin3341.15sin0.19sin33DttuM xuttUuttwwpwwpwwSPWM
