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，詳細地介紹了其工作原理和控制方案，并對該整流器及其控制系統(tǒng)建立了MATLAB仿真模型，仿真結果驗證了該方案的優(yōu)越性。

關鍵詞：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)帶來了額外負擔并影響供電質(zhì)量。因此，各種功率因數(shù)校正技術得到了迅速發(fā)展。其中，四象限變流器技術是中、大容量的單位功率因數(shù)變流器采用的主要技術。它是把在逆變電路中使用的PWM技術移植到整流電路中而形成的。其基本原理是，檢測交流側的電壓波形和電流波形，通過控制功率開關管的通斷狀態(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采用了不可控器件，降低了成本和控制的復雜性，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，通過控制開關管S1的導通與關斷，使電感電流跟蹤電源電壓。由于半導體器件的特性，即使同時給S1、S2發(fā)控制脈沖，在電源電壓正半波，S2也不會導通。當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的導通與關斷，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)結構圖

從上面的分析可知，該主電路拓撲結構實質(zhì)上相當于設計了兩套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的Boost電路工作，來實現(xiàn)功率因數(shù)校正的目的。