一種新型單相脈沖整流器的MATLAB仿真研究

摘要：給出了一種新型的脈沖整流器，詳細(xì)地介紹了其工作原理和控制方案，并對(duì)該整流器及其控制系統(tǒng)建立了MATLAB仿真模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方案的優(yōu)越性。

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?fù)鋱D

1前言

隨著電力電子裝置日益廣泛的應(yīng)用，諧波對(duì)電網(wǎng)的污染也日益嚴(yán)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(fù)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(cè)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(shí)現(xiàn)功率因數(shù)接近于1的目標(biāo)。

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(chǎng)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(jìn)行了系統(tǒng)仿真。

2主電路拓?fù)?/p>

如圖1所示，該單相整流器每個(gè)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(jiǎn)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(shí)給S1、S2發(fā)控制脈沖，在電源電壓正半波，S2也不會(huì)導(dǎo)通。當(dāng)S1開通時(shí)，電源給電感充電,電感電流經(jīng)S1、D2方向流動(dòng)，電感儲(chǔ)能,電感電流上升；S1關(guān)斷時(shí)，電感電流經(jīng)D1、D2方向流動(dòng)，電感與電源同時(shí)向負(fù)載供電,電感釋放能量,電感電流下降。只要及時(shí)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(fù)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(dá)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于設(shè)計(jì)了兩套Boost升壓斬波電路，只是在輸入交流電壓的正負(fù)半周通過對(duì)應(yīng)的Boost電路工作，來實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的目的。