浙江大學
碩士學位論文
三相PWM整流器及其控制
姓名：接峰
申請學位級別：碩士
專業(yè)：電機與電器
指導(dǎo)教師：黃進
20060301浙江大學碩士學位論文 第一章緒論
第一章緒論
夔萋功率半導(dǎo)體菝零懿不齲發(fā)曩，越張越多筑魄力邀子裝置廣泛戇運強，弓l
超的諧波及無功污染問題逐漸引起了入銷的重視。特別是常規(guī)整流環(huán)節(jié)廣泛采用
的=極管不掇整流電路和齲閘管相控熬流電路，對電闡注入了大墩諧波及無功，
逡成了嚴重的電網(wǎng)“污染”。
1．1諧波的危害
傳統(tǒng)的二搬管不控整淡穩(wěn)鑫闡管擺搜整濾的主要不是是{1I：
～、整流器對電麗產(chǎn)生大量的諧波。
二、整流器工作于深艘相控狀態(tài)時，裝置的功率因數(shù)很低。
三、整流器輸出側(cè)設(shè)擻較大的平波電抗器和濾波電容以濾除紋波。這導(dǎo)致熬
套設(shè)鍪夔傣獲穗重量壤大，按耗也程應(yīng)主蠢。
四、整流器相控導(dǎo)致調(diào)節(jié)周期長，加之輸出濾波時間常數(shù)又較大，所以系統(tǒng)
動態(tài)響應(yīng)慢。
以上第三：靼條只是影響整流裝置本身的性能，蔫第一、二兩條對電網(wǎng)造成
．
了諧波污染秘無功增蕊，降低了電霹懿燧行質(zhì)量。無功靜剿俸霜交糯為降舔了發(fā)
電、輸電設(shè)備的利用率，增加了線路損耗。無功還使線路和變壓器的電壓降增大。
諧波的危害主要有以下幾條：
一、諧波罐撩了公震毫嬲豹囂熱羧魄援耗，降低了發(fā)電、輸電設(shè)冬斡稠愛率。
二、在暾纜輸電的情況下諧波以正比于其他電壓懈值的形式增加了介質(zhì)的電
場強度，縮綴了電纜的使用壽命，還增加了事故次數(shù)和修理費用。
三、諧波對周圍的環(huán)城產(chǎn)生電磁予揀，影響通傣設(shè)備的正常工作。
鍾、港沒逐弓|超菜驁縫電器、接融瓣靜誤動終。
五、諧波使常規(guī)電氣儀表測量不準確。
六、諧波會影響設(shè)備的正常工作。比如諧波對電帆產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致不希
臻豹飆摭震動、噪聲。{騫波懟電爨還會霉|入驥熱鋼損、鐵損，以及j篷電壓，導(dǎo)致
髑部過熱，絕緣老化，縮斑設(shè)備使用壽禽。瞬時的t簿波高壓還可自％損壞其他一蹙
對過電壓敏感的電子設(shè)備。
七、諧波容易使電網(wǎng)產(chǎn)生局部的并聯(lián)或串聯(lián)諧振，麗諧振導(dǎo)致的諧波放大效
應(yīng)又進一參黲曩：籟熬裁了掰鴦蔻述閼囂。浙江大學碩士學位論文 第一章緒論
1．2諧波抑制和功率因數(shù)校正技術(shù)
消除諧波污染并提高功率因數(shù)，已經(jīng)成為電力電子技術(shù)中的一個重大課題。
為了抑制諧波，直接的方法是采用消除諧波的濾波器，可以分為無源和有源補償
兩種措施。
無源濾波的基本原理是利用電容器提供的超前無功電流補償電網(wǎng)的滯后無
功：利用電感、電容構(gòu)成的濾波器或陷波器，吸收電網(wǎng)的諧波。無源濾波器在實
際中得到了大量的應(yīng)用，但是存在明顯的缺陷。
一、電容器對無功的補償是固定的，對負載變化的適應(yīng)性差。
二、為消除低次諧波設(shè)計的濾波器，體積和重量都很大，損耗也大。
三、動態(tài)響應(yīng)慢，對快速變化過程效果不佳。
西、容易產(chǎn)生諧振。
解決電力電子裝置的諧波污染和低功率因數(shù)問題還可以采用有源濾波
(APF)，靜止無功補償(SvC)等。
有源濾波雖然有很大的優(yōu)越性，但是也存在一些不足：一般有源濾波是集中
設(shè)置，因而只對濾波器接入點之前的電路產(chǎn)生補償效果，后級電路仍然存在諧波
問題，有源濾波器屬于事后補救辦法。其次，實現(xiàn)諧波的檢測、分離和補償比較
復(fù)雜，成本也較高。
為了解決電力電子裝置的諧波污染問題，除了采用諧波補償裝景對其諧波進
行諧波補償以外，就是開發(fā)新型變流器，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)為1。這
種變流器稱為單位功率變流器(u血yPowerFactorconvener)，高功率因數(shù)整流
器也可以稱為單位功率因數(shù)整流器。
F面介紹幾種抑制諧波的高功率因數(shù)變流器技術(shù)：
一、多重化技術(shù)【21【31
多重化技術(shù)就是將多個方波進行疊加，以消除次數(shù)較低的諧波，從而得至Ⅱ接
近正弦波的階梯波?？梢韵胂螅財?shù)越多，階梯波就越接近正弦波，不過電路結(jié)
構(gòu)也越復(fù)雜。
多重化技術(shù)是大容量變流器提高功率因數(shù)和減少諧波的主要方法。如果要求
功率因數(shù)為l，甚至提供超前的無功功率，則一般需要使用關(guān)斷器件的變流器。
對于電流型變流器，多重化技術(shù)就是將方波電流疊加，使得輸入電流為接近正弦
的階梯波，功率因數(shù)就相應(yīng)提高了。它的連接方式有串聯(lián)和并聯(lián)多重化，而控制
方式則有移相、順序控制、非對稱控制和滯后超前控制多重化等幾種形式。對于
電壓型變流器，必須用電感和交流電源相連，大多用移相多重化，把方波疊加，
使其在網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生接近正弦的階梯波電壓，并且與電源電壓保持適當?shù)南辔魂P(guān)系，
使輸入電流成為與電源電壓同相位的正弦波。如果需要，可以控制輸入電流的相
2浙江大學碩士學位論文 第一章緒論
位，使交流器麓夠?qū)o功功率迸幸亍補髏。
二、功率因數(shù)校正器(pFC)
功率因數(shù)校正器是在二極管不控整流和濾波電容之間加上一級月子功率暇
數(shù)校正夔秘攀交換毫路。一觳熬，這穗凌率變換奄潦為Pw鹺鵓輕波方式。
霪l—l單擺二輟譬整漉PFC魄黯
為了實現(xiàn)擎位功率蠢數(shù)，小容量整流器大多采弼二板管整流嬲pWM轎波方
式。這種方式在各種開關(guān)電源方面有醬廣闊的應(yīng)用前景。圖1一l給出了單相二極
簿整流加Boost斬波器的PFC電路例子，其中升壓斬波器的基本作用是：調(diào)節(jié)電
路浚窶豹鑫浚灌匿，建之終潦襄予毫深憊蘧峰蓬竣爨持壤臻歪露王終；控裁滾綴
電感的電流，從而使電源電流成為與電聰聞相位的正弦波。但這種熬流器中能激
只能單向流渤，因而負載如果是驅(qū)動電機的逆變器，就無法實現(xiàn)雨生制動。
警今的摹襁PFc技術(shù)融經(jīng)銀藏熟，軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)斕予PFc電鼴媳褥到了廣泛
麓研究，功率爨數(shù)校正技術(shù)在一些開關(guān)如源裝置中蠢筑褥箋了廣泛豹應(yīng)焉。
三、矩陣交換器
相對于傳統(tǒng)的交——贏——交電壓濺逆變器，矩陣變換器是～種直接變換
囂，短簿交羧器茲主毫臻自3×3拿雙囊開關(guān)綞藏。每個輸出蓑透過雙藏牙關(guān)壹按
和輸入端相讖。通過控制雙向開關(guān)的導(dǎo)邋時間和導(dǎo)通順序，就可以得到需要的輸
出波形。由于矩陣變換器自身具有雙向結(jié)構(gòu)，易于實現(xiàn)四象限運行，能量就能雙
尚流動。矩l晦變換器輸入墩流為正弦波，磬星可以實域單位功率因數(shù)，雖與負載
情況無關(guān)。骰楚由予叁鴦嘏籍靜隈翩，麓最高電壓轉(zhuǎn)羧率秀e。886；出于囊歪意
義上的雙向開關(guān)器件尚未窳現(xiàn)，因此它的控制及保護電路復(fù)雜。窳用性較差。
四、PWM蹩流器
采矮PwM整滾霹獲褥單建凌率囂數(shù)囂菱弦詫輸入邀濾。與撩撩整滾提斃，
PwM整流器對電容、電感這類無源濾波元件或儲能元件的要求大大降低，動態(tài)
性能也有大幅度提高。三相PWM整流器在幾乎不增加任何硬件的纂礎(chǔ)上，即可
實現(xiàn)能量的雙向流動，并鼠電路性能穩(wěn)定，其控制筑路的實用性研究是當前電力
憊子領(lǐng)域懿一令熱熹，逡燕本漂蘑臻究瓣重點內(nèi)容。漸扭大學碩士學位論文 第一章緒論