《第7章电力电子装置应用中的一些问题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第7章电力电子装置应用中的一些问题（66页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 电力电子装置应用中的一些问题7.1 换流方式换流方式p换流电流从一个支路向另一个支路转移的过程称为换流，也叫换相。 p研究换流方式主要是研究如何使器件关断。p一般来说，换流方式可分为以下四种：(1)器件换流：利用全控型器件的自关断能力进行换流。(2)电网换流：由电网提供换流电压。(3)负载换流：由负载提供换流电压。 只要负载电流超前于负载电压的 场合就能实现负载换流。(4)强迫换流：设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式。强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现。 7.2 器件的热传导和散热器的选择7.2.1 热传导 p传导的功率 绝缘长方形棒的传
2、热示意图p加入散热器的功率模块的热传递示意图和对应的等效电路p制造商非常注意使热阻尽量小。这意味着为保证击穿电压、机械强度和其它一些要求而保持长度d不变的情况下，尽量使热流动的路径缩短；横截面积A应该尽量的大，以便与设计中其它要求相匹配，使寄生电容最小。p封装外壳应该用高热传导率的材料制成。大功率器件的外壳应该固定在具有风冷或水冷的散热器上。通过上述措施，有可能使PN结到衬底的热阻 Rjc小于1/W。 多层结构中稳态时的热流示意图和热阻等效电路图7.2.2 电力电子器件的功率损耗 p功率器件的耗散功率和结温是散热器设计的基本出发点，是关系到器件安全使用的两个重要参数。p电力电子器件的工作波形
3、关断过程电压、电流波形1. 耗散功率p开关损耗Ps p通态损耗Pon p断态损耗Poff p驱动损耗PG 2. 结温p对于一定型号的功率器件，厂商一般都给出了最高结温TJmax。p器件运行时的最高结温是不能突破的，否则将造成器件的永久性损坏。 7.2.3 散热器 p散热器和电力电子器件间要加入绝缘体（如云母绝缘体）使散热器绝缘。p加入热润滑脂用来去除器件和散热器表面间的细微不平之间的空气提高散热效果。p用螺栓紧固器件和散热 器，也会保证器件和散 热器间良好的接触。 散热器的外形7.3 变换器的保护p在电力电子变换器中，除了选择合适的电力电子器件参数、设计良好的驱动电路和缓冲电路外，采用适当的过
4、电压保护、过电流保护、du/dt保护和di/dt保护也是必要的；p功率二极管、晶闸管的过电压、过电流保护与变换器的保护是统一的；p而全控型电力电子器件的过电压和过电流保护有各自的特点。7.3.1 变换器的过压保护 1. 引起过压的原因（1）操作过电压：由拉闸、合闸、快速直流开关的切断等经常性操作中的电磁过程引起的过压。（2）浪涌过压：由雷击等偶然原因引起，从电网进入变换器的过压。（3）电力电子器件关断过电压：电力电子器件关断时产生的过压。（4）在电力电子变换器-电动机调速系统中，由于电动机回馈制动造成直流侧直流电压过高产生的过压。也称为泵升电压。 2. 过压保护方法p过压保护的基本原则是：根据
5、电路中过压产生的不同部位，加入不同的附加电路，当达到定过压值时，自动开通附加电路，使过压通过附加电路形成通路，消耗过压储存的电磁能量，从而使过压的能量不会加到主开关器件上，保护了电力电子器件。保护电路形式很多，也很复杂。 过电压保护方法的原理图(1) 雷击过压可在变压器初级接避雷器加以保护。(2) 二次电压很高或电压比很大的变压器，一次侧合闸时，由于一次、二次绕组间存在分布电容，高电压可通过分布电容耦合到二次侧而出现瞬时过压。可采取变压器附加屏蔽层接地或变压器星形中点通过电容接地的方法来减小。(3) 泵升电压保护当电动机回馈制动时，电动机的动能转换成电能回馈到直流侧，引起直流侧电压升高，当电压
6、升高到一定值时，会造成变换器的过电压。通常采用开关电路将能量消耗在电阻上。 （4）阻容保护电路p将电容并联在回路中，当电路中出现电压尖峰电压时，电容两端电压不能突变的特性，可以有效地抑制电路中的过压；p与电容串联的电阻能消耗掉部分过压能量，同时抑制电路中的电感与电容产生振荡；pRC阻容保护电路可以设置在变换器装置的交流侧、直流侧。也可将RC保护电路直接并在主电路 的元件上，有效地抑制元 件关断时的关断过压。 几种RC阻容保护电路的接法p在单相变压器次级绕组边加入的并联阻容保护电路如图所示，其R、C的计算公式为 式中S变压器每相平均计算容量，单位为VA U2变压器二次侧相电压有效值，单位为V i
7、o变压器励磁电流百分值，101000KVA的变压器其值为410 uk变压器的短路电压百分值，101000KVA的变压器其值为5 10 p电容C的交流耐压1.5UC，UC为正常工作时阻容两端交流电压有效值。电阻R的功率PR的计算可根据以下经验公式估算： 式中 UC正常工作时阻容两端交流电压有效值 IC正常工作时流过阻容电路的交流电流有效值 XC阻容电路的电抗 对图所示的三相电路，变压器二次绕组和阻容保护电路均采用Y形联接的方法，它的R、C计算公式可直接引用单相时的计算式。 p三相电路、变压器二次侧为Y联结，而阻容保护电路为形联接。对此，可首先按式计算出Y形联接时的阻容值R、C ，然后进行Y、联接
8、变换，求得联接时相应的阻容值，即 p对于大容量的变换器，三相阻容保护装置可采用图所示的三相整流式阻容保护电路。虽然多用了一个三相整流桥，但只需一个电容，而且由于只承受直流电压，故可采用体积小、容量大的电解电容。再者还可以避免变换器中的电力电子器件导通瞬间因保护电路的电容放电电流所引起的过大的di/dt。RC的作用是吸收电容上的过电压能量。 阻容保护接在交流装置的直流侧，可以抑制因熔断器或直流快速开关断开时造成的直流侧过压，其阻容值可按以下经验公式估算 式中 k=1.5，Ud是直流端电压，电容器耐压UC1.6Ud，电阻功率是 (5) 非线性电阻保护p非线性电阻具有近似稳压管的伏安特性，可把浪涌电
9、压限制在电力电子器件允许的电压范围；p常采用压敏电阻实现过压保护，压敏电阻是一种金属氧化物的非线性电阻；p压敏电阻具有正、反两个方向相同但很陡的伏安特性正常工作时漏电流很小(微安级)，故损耗小。当过压时，可通过高达数千安的放电电流IY，因此抑制过压的能力强。此外，它对浪涌电压反应快，体积小，是一种较好过压保护器件。p缺点是持续平均功率很小，如正常工作电压超过它的额定值，则在很短时间内就会烧毁 压敏电阻的伏安特性p由于压敏电阻的正、反向特性对称，因此单相电路只需一个，三相电路用3个，联接成Y形或形 p压敏电阻的主要参数： 额定电压U1mA 指漏电流为1mA时的电压值。 残压比UYU1mA UY为
10、放电电流达规定值IY时的电压。 允许的通流容量 指在规定的波形下(冲击电流前沿10s，持续时间20s)允许通过的浪涌电流。 压敏电阻保护的接法7.3.2 变换器的过流保护1. 引起过流的原因p外部出现负载过载、交流电源电压过高或过低、缺相时引起的电路过电流 ；p电力电子变换器内部某一器件击穿或短路、线路绝缘老化失效、直流侧短路、可逆传动系统产生环流或逆变失败，引起的电路过电流 ；p控制电路、触发电路、驱动电路的故障或干扰信号的侵入引起的误动作，引起的电路过电流；p配线等人为的错误引起的电路过电流。2. 过流保护的方法 过电流保护的方法 (1) 交流进线电抗器，或采用漏抗大的整流变压器，利用电抗
11、限制短路电流。但正常工作时有较大的交流压降。(2) 直流快速开关。对于大、中容量变换器，快速熔断器的价格高且更换不方便。为避免过流时烧断快速熔断器，采用动作时间只2ms的直流快速开关，它可先于快速熔断器动作而保护电力电子器件。(3) 电流检测装置，过流时发出信号，过流信号一方面可以封锁触发电路，使变换器的故障电流迅速下降至零，从而有效抑制了电流。另一方面控制过电继电器，使交流接触器触点跳开，切断电源。但过流继电器和交流接触器动作都需一定时间(100200ms)。故只有电流不大的情况这种保护才能奏效。(4) 快速熔断器p在晶闸管变换器中，快速熔断器是应用最普遍的过流保护措施，可用于交流侧、直流侧
12、和装置主电路中。p交流侧接快速熔断器能对晶闸管元件短路及直流侧短路起保护作用，快速熔断器电流定额要大于晶闸管的电流定额，这样对元件的短路故障所起的保护作用较差。p直流侧接快速熔断器只 对负载短路起保护作用， 对元件无保护作用。只 有晶闸管直接串接快速 熔断器才对元件的保护 作用最好。 快速熔断器在电路中的接法 曲线1是额定电流300A的快速熔断器的安秒特性，表明当流过快速熔断器的电流大于额定电流后，电流越大，熔断时间越短；在额定电流以下时，可以长期工作。曲线2是额定电流200A的晶闸管的安秒特性。在交点A左侧，快速熔断器的熔断时间小于晶闸管烧毁的时间，所以快速熔断器可以起到保护晶闸管的作用。在
13、交点A右侧，晶闸管烧毁的时间小于快速熔断器的熔断时间，即快速熔断器保护不了晶闸管。因此快速熔断器适用于短路过流保护，而不适宜过载保护。 快速熔断器和晶闸管的安秒特性p与晶闸管串联的快速熔断器的选用原则： 快速熔断器的额定电压应大于线路正常工作电压有效值。 快速熔断器熔体的额定电流IKR是指电流有效值，晶闸管额定电流是指通态电流平均值。选用时要求 式中 IT(AV)晶闸管通态电流平均值 IKR快速熔断器的熔体额定电流 IT流过晶闸管的电流有效值 熔断器(安装熔体的外壳)的额定电流应大于或等于熔体额定电流值。q一般装置中多采用过流信号控制触发脉冲的方法抑制过流，再配合采用快熔，使快熔作为过流保护的
14、最后措施。快熔适用于短路保护!1. 电压上升率dudt 的限制(1) 产生电压上升率du/dt的原因 由电网侵入的过电压。 由于电力电子器件换相时产生的du/dt。(2) 电压上升率du/dt的限制方法 阻容保护线路同串接的电感一起在出 现电压突变时，能起到限制电压上升率du/dt 的作用。 变换器交流侧如有整流变压器和阻容保护电路，则变压器漏感和阻容电路同样能起到衰减侵入过电压，减小过电压上升率的作用。 在无整流变压器的变换器中，则应在电源输入端串入交流进线电感LT，配合阻容吸收装置对du/dt进行抑制。7.3.3 电压上升率和电流上升率的限制 晶闸管电压上升率的简化等效电路2. 电流上升率
15、di/dt的限制(1) 变换器中产生过大的di/dt 的原因p电力电子器件从阻断到导通的电流增长过快。p交流侧电抗小或交、直流侧阻容吸收装置电容量太大，当电力电子器件导通时，流过过大的附加电容的充、放电电流。p与电力电子器件并联的缓冲保护电路在晶闸管开通时的放电电流。(2) 电流上升率di/dt的限制方法p上述的电力电子器件桥臂串联的电感Lk和交流进线侧的串联进线电感LT (或整流变压器的漏感)都能同时起到限制di/dt的作用。在交流侧采用图所示的整流式阻容保护，使电容放电电流不经过导通时的电力电子器件，亦能减小管子开通时的电流上升率。7.4 电力电子装置的谐波与无功功率7.4.1 谐波的产生
16、及其危害1. 谐波的产生o在交流电网中，由于有许多非线性电气设备运行，电压、电流波形实际上不是完全的正弦波形，而是具有畸变的周期性非正弦波。根据傅里叶级数分析，任何重复的波形都可以分解为含有基波和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。o整流电路是谐波产生的主要原因。在电力电子装置中，整流装置所占的比例最大；开关电源和电压型逆变器的直流侧采用电容滤波的不可控整流器；带感性负载的电流型整流电路；电流型整流器使输入电流为方波，降低了输入电流的THDi，但会带来电压的尖峰和缺口。相控整流装置也会在交流侧产生大量的谐波电流。2谐波的
17、危害(1) 对供电网络的影响 电网中的谐波电流和谐波电压会导致供电网络电压不稳定和谐波干扰增大。(2) 使供电线路和用电设备的热损耗增加 对供电线路的影响。由于集肤效应，线路电阻增加，产生电能浪费。在电力系统中，中性线一般都很细，当流过大量的谐波电流时，产生的热量会破坏绝缘，造成短路，引起火灾。谐波频率与网络谐振频率会产生谐振，会使电力系统或用电设备绝缘击穿。 对电力变压器的影响。谐波电流增加了电力变压器的磁滞损耗、涡流损耗及铜损，对带有不对称负载的变压器，会大大增加励磁电流的谐波分量。 对电力电容器的影响。若电容器流过很大的谐波电流，电容器的温升增高，引起电容器过负荷甚至爆炸。谐波还可能与电
18、容器在电网中形成谐振，并又施加到电网中。 对电机的影响。谐波会增加电机的附加损耗，产生机械震动，产生谐波过电压，使电机绝缘损坏。 (3) 对继电保护和自动装置的影响 对电磁式继电器，谐波会引起继电保护以及自动装置的误动或拒动，造成整个保护系统的可靠性降低，引起系统故障。(4) 对通信线路产生干扰 在电力线路上流过较大的奇次低频谐波电流时，通过电磁耦合，会干扰通信线路的正常工作，使通话清晰度降低，甚至会引起通信线路的破坏。(5) 对用电设备的影响 谐波会使电视机、计算机的显示亮度发生波动，图像或图形发生畸变，甚至会使机器内部元件损坏，导致机器无法使用或系统无法运行。(6) 对产品质量的影响 谐波
19、对用电设备的影响，会使设备工作不稳定，导致产品质量下降。严重时会产生批次性产品报废。(7) 谐波对计量仪表的影响 谐波会使计量仪表的指示产生误差，甚至会导致计量设备无法正常工作。7.4.2 谐波的定义及标准1.谐波的定义对于周期为T=2/的非正弦电压，可分解为如下形式的傅里叶级数 或 在上式的傅里叶级数中，频率与工频相同的分量称为基波，频率为基波整倍数(大于1)的分量称为谐波，谐波次数为谐波频率与基波频率的整数比。n次谐波电压含有率以HRUn(Harmonic Ratio for Un)表示 式中 Un第n次谐波电压有效值； U1基波电压有效值。n次谐波电流含有率以HRIn(Harmonic
20、Ratio for In)表示 式中 In第n次谐波电流有效值； I1基波电流有效值。谐波电压含量UH和谐波电流含量IH分别定义为 电压谐波总畸变率THDU(Total Harmonic distortion)定义为 电流谐波总畸变率THDI(Total Harmonic distortion)定义为 2. 谐波的标准 由于公用电网中的谐波电压和谐波电流对电网和用电设备都会造成很大的危害，世界许多国家都发布了限制电网谐波的国家标准，或由权威机构制定限制谐波的规定。制定这些标准和规定的基本原则是限制谐波源注入电网的谐波电流，把电网谐波电压控制在允许范围内，使接在电网中的电气设备免受谐波干扰而能正
21、常工作。 (1) 电压限值（见表 1） (2) 谐波电流允许值（见表 2）当公用连接点处的最小短路容量不同于基准短路容量时，表6-2中的谐波电流做如下的换算： 式中： Sk1基准短路容量(MVA) Ink1表2中的基准短路容量为Sk1时的第n次谐波电流允许值(A) Sk2公用连接点处的最小短路容量(MVA) Ink2短路容量为Sk2时的第n次谐波电流允许值(A) 7.4.3 无功功率的产生及危害1 影响功率因数的主要因素 异步电动机、感应电炉、交流电焊机等电感性设备是产生无功功率的主要原因。据统计，在工矿企业中，异步电动机产生的无功功率占全部无功功率的6070；而异步电动机空载时产生的无功功率
22、又占到电动机总无功功率的6070。 变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的1015，其空载无功功率约为满载时的1/3。因此，变压器不应空载或长期处于低负载运行。 当供电电压低于额定值时，会影响电气设备的正常工作。当供电电压为用电设备的额定值的110时，无功消耗将增加35左右。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。2 无功功率的危害性 供电线路中无功功率的有功损耗，导致变送电设备、供电线路、用电设备的发热。 无功电流在供电线路上产生电压降，导致供电线路末端的输出端电压降低。 由于供电线路末端的输出端电压降低，使用电设备的实际输出功率降低。 因变送电设备的负载容量中增加了无功容量
23、，使变送电设备的有功输出容量降低。7.4.4 谐波的抑制方法及无功功率的补偿 消除和减少谐波污染及无功功率补偿的方法有两种： 1. 被动的方式，采用无源滤波或有源滤波等谐波补偿装置消除谐波。 采用LC滤波器。由电容、电感和电阻组成，与谐波源并联，起旁路谐波的作用。优点：结构简单、设备投资少、运行费用较低等。不足：它的补偿特性易受电网阻抗和运行状态的影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁；它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。 采用晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器装置、有源电力滤波器APF。 其中，APF能对频率和幅值变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电
24、网阻抗的影响，既可以对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和无功源集中补偿。 2. 主动的方式，是使电力电子装置本身不产生谐波且功率因数可控制为1，这只适用于作为主要谐波源的电力电子变换器。变换器中应用的低谐波技术和提高功率因数的方法归纳如下： PWM整流电路或带斩波器的整流电路可以减少输入谐波； 整流电路的多重化，采用12脉冲、18脉冲或者24脉冲的整流； 逆变单元的并联多重化，采用2个或多个逆变单元并联； 逆变单元的串联多重化，采用30脉冲的串联逆变单元多重化线路； 采用新的变频调制方法，如电压矢量的菱形调制等。1 晶闸管相位控制电抗器 晶闸管相位控制电抗器(TCR)的单相电路的基本结
25、构就是双向晶闸管与一个电感串联。该电路与电网并联，就相当于电感负载的交流调压电路的结构。 控制角的移相范围为90o180o。由于是纯电感负载，基波电流都是无功电流。90o时，晶闸管完全导通，导通角180o，相当于与晶闸管串联的电感直接接到电网上，这时其吸收的基波电流和无功功率最大。当控制角在90o180o之间时，导通角180o。增大控制角的效果就是减少电流中的基波分量，因而减少了其吸收的无功功率。 图(b)所示的TCR伏安特性曲线实际上是在导通角为某一角度时的等效感抗的特性曲线。在某一负载下，调节控制角，从而不断调节导通角，也就使得TCR从其伏安特性上的某一稳态工作点转移到另一稳态工作点。也就
26、决定了TCR的补偿效果。TCR的结构图与伏安特性 单独的TCR由于只能吸收感性的无功功率，因此通常并联电容使用，则吸收的无功功率为TCR与并联电容器无功功率抵消后的无功功率，因而补偿器的总的无功电流可以偏置到可吸收容性无功功率的范围内。另外，并联电容器串联上小的调谐电感还可兼作滤波器，以吸收TCR产生的谐波电流。补偿特性是由控制晶闸管导通角决定的。2 晶闸管投切电容器 双向晶闸管的作用是将电容并入电网或从电网断开，与之串联的小电感是为了抑制电容投入电网时可能造成的冲击电流。在工程实际中，将电容器分成几组，每组都由双向晶闸管控制投切。按照投入电容器组数的不同其伏安特性分别对应图(c)中的OA、O
27、B、OC，可根据电网的无功需求投切这些电容器。TSC实际上就是断续可调的吸收容性无功功率的动态无功补偿器。3 静止无功功率发生器o静止无功功率发生器SVG将自换相桥式电路并联在电网上，调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。o在单相电路中，与基波无功功率有关的能量是在电源和负载之间来回传输的。但是在平衡的三相电路中，无论怎样的负载，三相瞬时功率的和是一定的，在任何时刻都等于三相总的有功功率。因此，在三相电路的电源和负载之间没有无功能量的传输，各相的无功能量是在三相之间传输的。所以，如果统一处理三相无功功率
28、，在总的负载侧就不用设置无功储能元件。因此，从理论上讲，SVG的桥式电路的直流侧可以不设储能元件。但实际上，考虑到变换器吸收的电流并不只含基波，也存在谐波，而谐波会造成少许无功能量在电源和SVG之间传输。所以，实际的SVG电路所需储能元件的容量远比同容量的TCR和TSC要小。o改变控制系统的参数可以使伏安特性上下移动。传统的 SVC的运行范围是向下收缩的三角形区域。而 SVG 的运行范围是近似矩形的区域，因此 SVG 的运行范围比SVC大。与SVC相比，SVG的调节速度快，运行范围宽，而且，SVG使用的电感和电容比SVC中使用的电感和电容的容量小，减少装置的体积和成本。SVG具有优越性能，是动
29、态无功功率补偿的发展方向。SVG 的伏安特性 4. 有源电力滤波器(1) 基本结构组成 有源电力滤波器由指令电流运算电路、电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路四部分构成。（2）基本工作原理 检测谐波源的电压和电流，经指令电流运算电路计算出补偿电流的指令信号，该信号经电流跟踪控制电路、驱动电路在主电路产生补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波电流荷无功电流抵消，最终得到期望的电源电流。在图中，设负载电流为iL，指令电流运算电路检测并计算出其中的谐波电流和无功电流iLh将其反极性后作为有源电力滤波器的指令电流ic*，有源电力滤波器的补偿电流ic跟随指令电流ic*的变化， ic与iLh抵消，于是电
30、网电流is = iL - ic =iLfp，即等于负载的基波有功电流，使电源电流成为正弦波，从而达到抑制谐波和补偿无功的功能。 (3) 并联型有源电力滤波器 图中，负载为谐波源，变流器和电感组成有源电力滤波器APF，与APF并联的一阶高通滤波器，用于滤除APF所产生的补偿电流中开关频率附近的谐波。此处的原理图均以单线图画出，可用于单相或三相系统。 并联型有源电力滤波器主电路原理图并联型APF可以用于以下的多种补偿目的： 补偿谐波； 补偿无功功率，补偿的多少可以根据实际需要连续调节； 补偿三相不对称电流； 补偿供电点电压波动； 以上任意项的组合。o并联型APF主要用于补偿可以看作电流源的谐波源，
31、如直流侧为阻感负载的整流电路。并联型APF本身表现出电流源的特性。o由于交流电源的基波电压直接(或经变压器)施加到APF的变流器上，且补偿电流由变流器提供，故要求变流器具有较大的容量。(4) 串联型有源电力滤波器o有源电力滤波器通过变压器串联在电源和谐波源之间，相当于一个受控电压源。o串联型有源电力滤波器主要用于补偿可看作电压源的谐波源，如电容滤波型整流电路。串联型有源电力滤波器输出补偿电压，抵消由负载产生的谐波电压，使供电点电压波形成为正弦波。串联型与并联型可以看作是对偶的关系。串联型有源电力滤波器主电路原理图5 PWM整流电路PWM整流电路是一种高功率因数的整流器。 单相桥式PWM整流电路
32、 由SPWM对VT1VT4进行控制，就可在桥的交流输入端AB产生一个PWM波uAB， uAB中除含有和正弦参考波同频率且幅值成比例的基波分量外，只含有和三角波载波有关的频率很高的谐波。由于电感Ls的滤波作用，这些高次谐波电压只使交流电流is产生很小的脉动。如忽略这些脉动，当正弦信号波的频率和电源频率相同时，则交流输入电流is为频率与电源频率相同的正弦波。在交流电源电压es一定的情况下，is的幅值和相位仅由uAB中基波分量uABf的幅值及其与es的相位差来决定。UAB滞后Es的相角为，Is和Es完全同相位，电路工作在整流状态，且功率因数为1。这就是PWM整流电路最基本的工作状态。o在整流运行状态
33、下，当es0时，由VT2、VD4、VD1、Ls和VT3，VD1、VD4、Ls分别组成了两个升压斩波电路。以前一组为例，当VT2导通时，es通过VT2、VD4向Ls中储能，当VT2关断时， Ls中储存的能量通过VD1、VD4向直流侧电容C充电。当es0时类似。o因为电路按升压斩波电路工作，所以如果控制不当，直流侧电容电压可能比交流电压峰值高出许多倍，对电力电子器件形成威胁。另一方面，如果直流侧电压过低，例如低于es的峰值，则uAB中得不到图中所需要的足够的基波幅值，或uAB中含有低次谐波，这样就不能按照需要控制电流，is波形会发生畸变。 6、 带斩波器的整流电路 在主电路中，在二极管整流桥和负载
34、之间增加了升压斩波器。不管交流电压us如何，只要开关管VT接通，交流电源就会有电流流过，并且通过对开关管VT的控制，就可以使交流电流is为正弦波，并与电源电压同相位，功率因数近似为1。单相有源功率因数校正主电路及控制系统原理图 在控制电路中，ud1是交流电压us整流后的电压，id1是交流电流is整流后的电流。如能控制id1使其与ud1的瞬时值成正比，则交流电流is就是正弦波，且和交流电us的相位相同。图中的控制系统是一个双闭环系统，内环是控制id1的电流环，外环是控制ud的电压环。检测直流输出电压ud并和指令电压ud*比较，通过电压环调节器PI1，其输出信号id通过乘法器和|sint|相乘，就
35、可得到所希望的正弦电流id1*。|sint|用ud1的信号代替。以id1*为指令电流控制电流内环。电流id1和id1*比较，通过电流环调节器PI2，再用三角波或锯齿波进行调制，得到PWM信号控制开关管VT，即可使id1跟踪指令电流id1* ，从而使交流电流is与交流电压us同相位，使PWM整流器的功率因数为1。o在上面介绍的电路中，电感L中的电流是连续的，属于电流连续模式(CCM)，因此需要的电感量较大。在小功率电源中，为减小电感量，可以采用电流断续模式(CDM)， 如采用峰值电流控制的方法。 在这种控制方法中，电流的波 形如图所示。因为这种峰值电 流控制方式所用的电感L很小， 开关频率很高，因此只要很小 的电容就可以滤除这些开关引 起的谐波。 o单相有源功率因数校正技术已经很成熟了，Unitrode、Motorola、Silicon、General、Siemens等公司相继推出了各种有源功率因数校正专用芯片，如UC3852、UC3854、UC3855、MC34261、ML4812、ML4819、TDA4814、TDA4815、CS3810等。这些芯片为单相有源功率因数校正技术的应用提供了很大的方便。目前，这一技术已在小功率开关电源、不间断电源(UPS)等方面获得了广泛的应用。
