單相電壓型PWM整流電路原理分析與仿真

設Ucm為三角載波幅值；us(t)為單極性SPWM波，采用狀態空間平均模型分析，us在一個開關周期內的平均值表示為：

時能否使得交流側獲得高功率因數，此時有：

從相量圖及式(8)可以看出為保持單位功率因數，通過脈寬調制的適當控制，在不同的負載電流下，使向量端點軌跡沿直線AB運動。同理也能得到逆變工況下的運行條件，這里不再贅述。

3 單相電壓型PWM整流電路工作過程分析
可以將電壓型單相橋式PWM整流電路的4個橋臂看成4個開關，任一時刻應有兩個橋臂導通。為避免輸出短路1，2橋臂和3，4橋臂都不允許同時導通。因此PWM整流電路有4種工作模式。圖3(c)給出PWM整流電路在整流工況下的控制信號時序分布。從圖中可以看出隨著調制信號的正、負半周變化，電路在如圖3(a)，(b)所示的短路、整流、短路3個狀態中交替變換。因此交流側電壓us(t)是一個單極性PWM波形，輸出幅值為±Ud和0；而對應的電感L上壓降uL分別取uN,uN-Ud和uN+Ud三種不同的值，這樣通過調節調制比m就能有效控制us1，進而使得電路的功率因數為1。

4 單相電壓型PWM電路控制策略分析
根據功率平衡原理，系統穩定運行時有下式成立：

式中：Uc*是直流輸出參考電壓。對式(9)做拉氏變換，得到Id與Ud的傳遞函數：

假設PWM開關頻率足夠高，電流滯環可以使用一個小慣性環節代替，從而產生網側參考電流Id*到Id的傳遞關系：

式中：Ti電流滯環等效時間常數。為了濾除直流電壓偏差中的二次紋波，可設計一個低通濾波器，若采用簡單的一階低通濾波器，則截止頻率(fc=1／Tc)一般選在二分之一基波頻率以下，濾波器傳遞函數為：

根據前述分析得到采用直接電流控制策略時單相PWM整流器的控制框圖如圖4所示。參考電壓Udref與直流側輸出電壓Ud的差值，經低通濾波器后經PI調節與正弦同步信號相乘，產生參考電流信號isref，與相應的源側電流反饋信號isf，做比較，形成電流偏差信號，這樣隨著橋入端電平更迭，網側電流將始終圍繞電流給定值升降，把偏差信號加入相應的輸入調節電壓前饋，經滯環控制就得到調制信號，該調制信號與三角波載波相比較產生開關脈沖，經輸出去控制理想開關。