關(guān)鍵詞：脈沖整流器；升壓斬波器；功率因數(shù)校正；

圖1主電路拓撲圖

1前言

隨著電力電子裝置日益廣泛的應(yīng)用，諧波對電網(wǎng)的污染也日益嚴重。另外，許多電力電子裝置的功率因數(shù)很低，也給電網(wǎng)帶來了額外負擔(dān)并影響供電質(zhì)量。因此，各種功率因數(shù)校正技術(shù)得到了迅速發(fā)展。其中，四象限變流器技術(shù)是中、大容量的單位功率因數(shù)變流器采用的主要技術(shù)。它是把在逆變電路中使用的PWM技術(shù)移植到整流電路中而形成的。其基本原理是，檢測交流側(cè)的電壓波形和電流波形，通過控制功率開關(guān)管的通斷狀態(tài)，使輸入電流接近正弦波，并且使交流輸入側(cè)電流和電壓同相位，實現(xiàn)功率因數(shù)接近于1的目標。

本文所提出的脈沖整流器電路與傳統(tǒng)的四象限變流器稍有不同，它適用于無需能量反饋的場合,可用于交流側(cè)功率因數(shù)校正。文中采用了一種新型的控制方法，并用MATLAB進行了系統(tǒng)仿真。

2主電路拓撲

如圖1所示，該單相整流器每個橋臂的上功率開關(guān)采用了不可控器件，降低了成本和控制的復(fù)雜性，簡化了控制脈沖產(chǎn)生電路，提高了系統(tǒng)的可靠性。

在電源電壓正半波，通過控制開關(guān)管S1的導(dǎo)通與關(guān)斷，使電感電流跟蹤電源電壓。由于半導(dǎo)體器件的特性，即使同時給S1、S2發(fā)控制脈沖，在電源電壓正半波，S2也不會導(dǎo)通。當(dāng)S1開通時，電源給電感充電,電感電流經(jīng)S1、D2方向流動，電感儲能,電感電流上升；S1關(guān)斷時，電感電流經(jīng)D1、D2方向流動，電感與電源同時向負載供電,電感釋放能量,電感電流下降。只要及時控制S1的開通與關(guān)斷，就能使電感電流即電源電流跟蹤電源電壓的變化。在電源電壓的負半周，與上面的分析相同，只要控制S2的導(dǎo)通與關(guān)斷，就能達到相同的效果。這樣就能夠使輸入電流跟蹤輸入電壓，從而使功率因數(shù)接近于1。

圖3系統(tǒng)的MATLAB仿真模型

圖2平均電流模式控制原理框圖

圖4PWM子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從上面的分析可知，該主電路拓撲結(jié)構(gòu)實質(zhì)上相當(dāng)于設(shè)計了兩套Boost升壓斬波電路，只是在輸入交流電壓的正負半周通過對應(yīng)的Boost電路工作，來實現(xiàn)功率因數(shù)校正的目的。

3控制電路原理及建模

如上所述，該電路本質(zhì)上為Boost電路，因此可以采用Boost電路的控制模式。常用的控制模式包括電壓控制方式，峰值電流控制方式，平均電流控制方式等。平均電流控制方式[2]，[4]具有開關(guān)頻率固定，無需諧波補償?shù)葍?yōu)點，因此應(yīng)用最為廣泛。通過這種控制方式，不僅能夠使交流側(cè)功率因數(shù)接近于1，而且能保證直流側(cè)輸出電壓穩(wěn)定。基于此，本文也采用這一控制方式。其具體控制原理簡述如下：輸出電壓經(jīng)電壓誤差放大器放大后，與輸入電壓的采樣值在乘法器相乘后送到電流運算放大器作為基準電流。電壓環(huán)的作用是使輸出電壓穩(wěn)定，從輸入電壓采樣的目的是使基準電流與輸入電壓的波形同相位。從電感電路獲得電感電流采樣，送到電流誤差放大器的負端。電流誤差放大器的輸出直接加在PWM比較器的正端，比較器的負端接鋸齒波發(fā)生器的輸出。這樣，電流誤差放大器的輸出直接控制了PWM調(diào)制器的占空比，強迫實際電感電流逼近電感電流的平均值。其控制框圖如圖2所示。

4系統(tǒng)的MATLAB仿真研究

本文采用MATLAB來完成系統(tǒng)工作原理的仿真和分析。所建立的MATLAB仿真原理如圖3所示。

圖3的有關(guān)說明如下：

1）為避免在仿真中形成代數(shù)環(huán)，造成逐步迭代，從而降低求解速度，增加仿真時間，故在電路中使用了記憶模塊，以切斷代數(shù)電路。

2）在控制電路中使用了傳遞函數(shù)模塊來構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器，并在電流電壓采樣中使用了濾波器模塊。這些模塊的運用簡化了仿真電路的實現(xiàn)。

3）圖中的PWM子系統(tǒng)是運用SIMULINK中的基本模塊構(gòu)造的。具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

5仿真波形及結(jié)果分析

電路有關(guān)參數(shù)：單相交流輸入340V；直流輸出600V；開關(guān)頻率2kHz；交流側(cè)電感2mH。圖5，圖6，圖7分別顯示的是輸出電壓波形，輸入交流電壓與電流波形，開關(guān)脈沖信號波形。

從圖5可以看到輸出電壓經(jīng)過啟動過程后基本穩(wěn)定在600V左右。從圖6（b）可以看到輸入側(cè)電流近似為一與輸入電壓同相位的正弦波。

6結(jié)語

本文提出了一種新型的脈沖整流器實現(xiàn)方案，分析了其工作原理，采用了一種新的控制方案，并給出了采用MATLAB建立的仿真模型和仿真分析結(jié)果。通過仿真驗證了該方案是實現(xiàn)中、大功率因數(shù)校正的一種較好的方法。
圖7開關(guān)信號

圖5輸出電壓波形

(a)輸入交流電壓

(b)輸入交流電流

圖6輸入電壓與電流波形

參考文獻

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