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三相PWM整流电路结构、工作原理、控制方法

电动汽车充电桩的功率变换器工作在高频,会对电网造成谐波污染,必须采取有效措施,如功率因数校正或无功补偿等技术,限制电动汽车充电桩功率变换器进入电网的总谐波量。就目前而言,充电功率变换器必须满足lEE519-1992标准或类似的标准。要满足这些标准,根据不同充电等级要求,充电桩功率变换器可以选择两级结构(前级为PFC+后级为充电电路)或PFC功能与充电电路体化的单级结构。为了进一步提高变换效率,允许高频工作,可以采用软开关电路,以减少开关管的损耗。
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1三相PWM整流电路HPBat-lib网站目录

1)整流电路结构和工作原理HPBat-lib网站目录

相PwM整流电路结构如图3-14所示。其开关器件采用IGBT。单相PWM整流电路的原理图如图3-15所示。在PMM整流电路的交流输入端A、B之间产生一个正弦波调制PMM波Uab,Uab中除了含有与电源同频率的基波分量外,还含有与开关频率有关的高次谐波。由于电感Ls的滤波作用,这些高次谐波电压只会使交流电流Is产生很小的脉动。如果忽略这种脉动,Is为频率与电源频率相同的正弦波。在交流电源电压Us一定时,Is的幅值和相位由Uab中基波分量的幅值及其与Uab的相位差决定。改变Uab中基波分量的幅值和相位,就可以使Is与Us同相位。HPBat-lib网站目录

单相PWM整流电路的向量图如图3-16所示。其中,Us表示电网电压,Uab表示PMM整流电路输入的交流电压,Ul为连接电抗器Ls的电压,Ur为电网内阻Rs的电压。图3-16中,Uab滞后Us的相角为φ,Is与Us的相位完全相同,电路工作在整流状态,且功率因数为1。这就是PwM整流电路的基本工作原理。HPBat-lib网站目录

三相PWM整流电路的工作原理与单相PWM整流电路类似,通过对图3-14电路进行 SPWM控制,便可在交流输入端得到正弦PWM电压Uab(Ubc、Uca)为其他另两相,图3-15为单相电路),通过控制Uab(Ubc、Uca)基波分量的幅值和相位,使各相电流为正弦波,与电网电压同相位,输入功率因数接近于1。HPBat-lib网站目录

要使三相PWM整流电路正常工作,其直流侧电压必须大于交流输入线电压的峰值。整流电路输出电压即为蓄电池的充电电压,一般浮充电压为390V左右。当蓄电池放电后重新充电时,充电电压在280-410范围内变化。对于线电压为380V的三相输入整流电路,其线电压峰值远远大于280V,不满足三相PWM整流电路正常工作的条件。可釆用自耦变压器Tc将三相输入电压降低以后再输入PWM整流电路,Tc的变比为380/210,这样,当输入电压在允许的范围变化时在整个充电电压范围内均能满足PWM整流电路的电压变换条件。HPBat-lib网站目录

图3-14三相PWM整流电路结构HPBat-lib网站目录

图3-15单相PWM整流电路的原理图HPBat-lib网站目录

图316单相PWM整流电路的向量图HPBat-lib网站目录

2)PMM整流电路控制方法HPBat-lib网站目录

PWM整流电路的控制方法冇直接电流控制和间接电流控制两种,直接电流控制引入交流输λ电流反馈进行闭环控制,其电流指令运算电路比不引入交流反馈的间接电流控制简单。直接电流控制系统结构图如图3-17所示,采用双环控制,外环为直流电压控制环,内环为交流电流控制环。直流输出电压给定信号Ud和实际的直流电压Uf比较后的误差信号送入PI调节器,PI调节器的输出即为整流器交流输入电流的给定信号。其在与实际的交流输入电流ia(ib、ic)进行比较,比较后的电流误差信号经比例调节器放大后送入比较器,再与三角载波信号经比较形成PWM信号。该PM信号经驱动电路后去驱动主电路开关器件,便可使实际的交流输入电流跟踪指令值,同时达到控制输出电压的目的。HPBat-lib网站目录

图3-17直接电流控制系统结构图HPBat-lib网站目录

3)主要技术特性HPBat-lib网站目录

三相PMM整流电路由于采用了先进的PM控制技术,使其具有HPBat-lib网站目录

比采用相控整流电路更优的输入特性。这主要表现如下:HPBat-lib网站目录

(1)具有完美的正弦波输入电流,极大地减少了整流器对电网的谐波污染。整流电路输入电流波形如图3-18所示。HPBat-lib网站目录

图3-18整流电路输入电流波形HPBat-lib网站目录

(2)输入功率因数近似为1,使得整流电路与电网之间几乎没有无功传递,可以降低电源系统变压器的容量,大幅减少无功损耗,从而可以节约能源,降低系统成本。HPBat-lib网站目录

(3)输入电压范围宽,更适合于电网电压剧烈波动的地区,有利于减少蓄电池的充放电次数。HPBat-lib网站目录

(4)整流输出直流电压纹波小,可延长蓄电池使用寿命。HPBat-lib网站目录


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