功率因数闭环控制的PWM整流器设计

1. 引言

近几年来，随着电力电子装置的应用日益广泛，电网中谐波电流和无功功率对电力系统的污染也日益严重。消除谐波污染并提高功率因数，已经成为电力电子技术中的一个重大课题。作为解决这一问题的途径之一，能够实现任意功率因数运行，直流输出稳定，动态响应好，且几乎不产生谐波的PWM 整流器已得到广泛的研究。
针对以上课题，本文提出了一种功率因数闭环控制，可以实现功率因数实时调节的PWM整流器。在克服电流谐波污染的同时，可以通过对功率因数的调整，对电网的无功功率进行一定的补偿。

2. PWM整流原理

三相PWM整流器主电路结构如图1所示，主要包括交流侧的电感、电阻、直流电容、以及由全控开关器件（IGBT）和续流二极管组成的三相全桥电路。Ua、 Ub、Uc为三相交流电源，RL为负载。通过适当的策略控制三相全桥电路中的六个全控开关器件V1~V6的开关状态，便可以在直流侧得到稳定的电压输出，同时保证交流侧电流相位可控，且谐波小。常用的控制方案包括电流跟踪和矢量控制等。[1]

图1所示的三项PWM整流器主电路中，假设电网电压三相对称且稳定；开关器件理想，没有过渡过程，其通断状态由开关函数描述，开关函数定义为 。可以得到电阻性负载RL情况下，三相PWM整流器在ABC坐标系中的一般数学模型为[1]：

(1)
电流跟踪PWM整流器中，利用上下桥臂的开通与关断控制相应相电流的瞬时值，使交流电流严格跟踪三相参考电流，实现对功率因数的控制。如图2所示。三相参考电流的相位由交流电压相位和功率因数设定决定，而其幅值则与直流侧电压有关。