上图所示装置中,采用了不可控整流,所以输入的功率因数保持不变;用PWM逆变,所以输出的谐波可以减少。
PWM逆变器需要全控式的电力电子器件,其中,PWM的开关频率来确定输出谐波减少的程度,而器件开关的时间又限制了开关的频率。使用MOSFET或是IGBT时,开关频率可以达到10kHz以上,其输出的波形十分接近正弦波。所以,其也被称为正弦波脉宽调制(SPWM) 逆变器,成为当下最有发展前景的一种设备形式。
2.2单相电源工作原理
单相电源是一种基本的电能变换和控制形式,所谓的单相电源就是使用大功率的电子设备将市电转换为用户所需求的交流电源或者是其他形式的电源。逆变电源的主电路通常采用交流-直流-交流的转换形式。即先将市电整流变为直流,再将直流逆变为一定频率的交流电,在电源变换的各个领域被广泛应用。现今单相电源的主要形式为交-直-交,这种方式必须要通过交流转直流和直流转交流两次电能变换。其中,效率有些许的降低。但是,前级市电不会扰乱影响后级市电,而且能更好的输出波形,频率范围变宽。AC-DC指将交流电变为直流电,即AC-DC转换。实现这一功能的转换电路一般被称为整流电路。在AC-DC转换中我们常引用高频转换环节,以减小设备的体积、提高效率、减轻重量、改善动态特性等目的,转换频率一般为几十千赫至数百千赫。DC-AC是将直流电变为交流电,即DC-AC转换。一般采用逆变器实现这一功能的变换。逆变电路是整个系统的关键环节,固定振幅和频率的交流电压可以由固定的直流电压转换而成,即恒压恒频(CACF)变流电路,也可以将其变换为振幅和频率都可调节的交流电压,即变压变频(VVVF)变流电路。
2.2.1 不可控整流
在交-直-交、开关电源、UPS不间断电源等应用中,由于大多数逆变器(特别是SPWM逆变器)本身可以调压,因此大多数后级斩波器和逆变器可以使用由不可控整流电路经过电容滤波后产生的直流电源。该电路将采用适用于小功率单相交流输入的电容滤波的单相不可控整流电路。
电容滤波的不可控桥式整流电路及输入特性波形图如图2-2-1a所示。
a)电路 b)波形
图2-2-1a 电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形
(1) 工作原理及其波形分析
设该电路处在稳定状态,此外,由于实际操作中作为负载的后级电路处于稳态时,直流平均电流的消耗是一定的,因此,分析中把电阻R作为负载。
该电路的基本工作过程为,在u2正半周过零点至ωt = 0期间,因 < ,所以二极管均不导通,这个阶段由电容C向R放电,负载运行所需的电流由电容C提供,同一时间 按指数规律减少。当ωt = 0之后, 超过 ,VD1、VD4开通,当 = ,电容 C由交流电源充电,同时交流电源向负载R供电。来!自~751论-文|网www.751com.cn
设VD1 、VD4 导通,过零点时与u2的距离为 角,则u2 如下式所示
(2-1)
在VD1 、VD4 导通期间,以下方程成立
式中, 为VD1 、VD4 开始导通时的直流侧电压值。
将 代入并求解得 (2-3)
而负载电流为 (2-4)
于是
(2-5)
设VD1 、VD4 的导通角为 ,当 时,VD1 、VD4 呈关断状态。将 代入上式中(2-5),得