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1、2010年第6期仪表技术65单相PWM整流器的小信号模型仿真李向明,刘当(武汉理工大学,湖北武汉430070)摘要:单相电压型PWM整流器(VSR)在提高电源能量的使用质量上应用极为广泛,但是PWM整流器是一个非线性时变系统,用解析方法进行动态分析较为复杂。文章提出利用状态空间平均法建立PWM变换器的小信号模型,目的是建立PWM变换器的仿真模型,有助于认识其工作原理,提高设计效率和控制性能。应用MATLAB软件进行仿真,对电路的动态响应特性和稳定性进行了研究。关键词:单相整流;PWM整流器;小信号模
2、型中图分类号:TM46文献标识码:A文章编号:1006-2394(2010)06-0065-03TheSmallSignalModelSimulationofSingle-phasePWMRectifierLIXiang-ming,LIUDang(WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)Abstract:Thesingle-phasevoltagePWMrectifieriswidelyusedinimprovingthequal
3、ityofthepowerenergy.Recently,lotsofresearcheshavebeeninvestigatedfortheSingle-PhasePWMRectifier.ThesmallsignalmodelofPWMrectifierisproposedinthispaper.Thenewsingle-phasevoltagePWMrectifierbasedonsmallsignalmodelcanimprovethedynamicperformance.Also,theoutputvo
4、ltagefluctuationisreduced.Simulationresultsarepresentedtoverifythefeasibilityandeffectivenessoftheproposedmethod.Keywords:single-phase;PWMrectifier;smallsignalmodel极性调制时的VSR直流电压脉动峰峰值小于双极性0引言调制时的直流电压脉动峰峰值,本文采用单极性调制。单相电压型PWM整流器由于其能量的双向流单极性调制时,VSR交流侧电压V在vdc、0或0
5、、-vdc动、功率因数可调和稳定的直流电压而广受欢迎。建间切换,按照交流侧输出电压的极性把不同电路划分立电路系统的动态数学模型,有助于深入认识其工作为3种工作模式。原理,降低设计成本,并提高系统设计的效率和控制性能。但是电力电子系统的建模有如下困难:第一,电力电子开关的非线性;第二,电力电子装置的混合型。由于开关器件的非线性特性,使得PWM整流器是一个非线性或断续、按时间分段线性的电路,因此其电路动态特性解析的分析方法比较复杂,阻止了含这类变换器系统动态分析和设计的顺利进行。为此将状态空间平均法引入到PWM整流器
6、中,建立系统的小信号模图1单相PWM整流器拓扑结构型,并以此推导出变换器开环传递函数,为补偿设计提供依据,较好地解决了变换器的稳态和动态低频小信如图2所示,3种工作模式共有8种组合状态,至号的分析问题。于处于何种状态,由可控器件的控制模式和电路所处的工作状态决定。工作模式3相当于两个上桥臂或两1单相电压型PWM整流器原理分析个下桥臂将整流桥的输出短接,此时交流电源向电感图1为单相全桥PWM整流器电路,L为储能电L储能,而工作模式1和2则可以完成交流侧电能和感,Rs为电源内阻,C为电容,RL为电阻负载。由于单负
7、载侧电能的相互转化。因而单相VSR交流侧到直收稿日期:2010-01作者简介:李向明(1964),男,副教授,研究方向为电力电子与电力传动、嵌入式系统设计等。66仪表技术2010年第6期流侧的变换呈现boost变换器特性,通过控制开关管iy(t)=[DC1+(1-D)C2](8)S1~S4的导通、关闭的时间和次序来提高功率因数和ui控制输出电压的稳定。平均状态方程对于分析整流器的研究和设计是非常重要和有用的。表达式中D表示占空比。(2)线性化在低频和小纹波情况下,整流器性能符合要求,此时状态空间
8、矢量的微分为零。因此可以得到:-1X=-ABU(9)-(1-D)0L式中:A=(1-D)(2D-1)CRC图2PWM整流器的等效模型假定扰动信号比稳态量小很多,成为小信号假定。理想开关模型(IdealSwitchModel)是时变的。假对于扰动可以表示为:设所有开关器件为理想器件,流过电感的电流i和电x=X+x^,y=Y+y^,u=U+u^,d=D+d^(10)容两端的
