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。

1三相PWM整流电路

1)整流电路结构和工作原理

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。

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。

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。

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。

图3-14三相PWM整流电路结构

图3-15单相PWM整流电路的原理图

图316单相PWM整流电路的向量图

2)PMM整流电路控制方法

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。

图3-17直接电流控制系统结构图

3)主要技术特性

三相PMM整流电路由于采用了先进的PM控制技术，使其具有

比采用相控整流电路更优的输入特性。这主要表现如下：

(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。

图3-18整流电路输入电流波形

(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。

(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。

(4)整流输出直流电压纹波小，可延长蓄电池使用寿命。

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