具有高功率因素的整流器

目前，大多数整流器都是使用四个二极管将输入的交流电进行整流后接大电容滤波的拓扑结构，这种结构在市面上应用十分广泛，但是这种电路会给电网产生严重的谐波污染，且功率因数一般小于0.7。为了提高整流器的功率因素以及减少谐波对电网的影响，必须把电子仪器的谐波限制在一定范围内，因此研发具有实用性的新型整流技术有着重要的意义。

1、背景及综述

1.1、PWM整流器的发展和研究现状

整流电路是电力电子电路中最早出现的一种电路，它的作用是将交流电变为直流电供给直流用电设备。整流电路应用十分广泛，例如直流电动机，电镀、电解电源，同步发电机励磁，通信系统电源等。

整流电路大致可分为三种类型：按组成的器件可分为不可控、半控、全控整流电路三种。由于不可控及半控整流电路受谐波的影响功率因素不会很高，因此本文主要介绍三相可控整流电路。

20世纪70年代初，外国专家就对PWM整流器进行了基础性地研究。进入到80年代，全控型器件已经研发成功，国内外均开始了不同方面对PWM整流装置进行研究。也有越来越多的PWM整流装置采用全控型器件，相关的研究报告也越来越多，随后有关三相桥式PWM整流器的拓扑结构也相继问世。Holtz Joachim等学者还对电流型PWM整流器进行了研究。由于传统的整流器都是采用了不可控器件，虽然这种电路的形式简单，但其产生的谐波以及较低的功率因素以无法满足现在对于整流器的要求。为了解决上述问题，也有人开始通过研究无功补偿控制策略提高系统的功率因素。这也是对电压型PWM整流器进行研究的理论雏形，也为后面电压型PWM整流器的研究奠定了基础。到了80年代后期，随着基于坐标变换的动态数学模型被提及，相关的控制策略也被热点研究，各国学者对于PWM整流器的研究已经如火如荼的展开了。

自从上个世纪90年代以来，PWM整流器都是世界各国的研究热点。早期PWM整流器电路主要是由半控型器件组成的，这种电路形式有比较明显的缺点和局限性。由半控型器件构成的整流电路其结构也相对简单，成本也不是很高。但是这种整流电路交流侧输入功率因素偏低，产生的谐波较大，也越来越不能满足现代工业的要求。按照如今可持续发展策略的要求，我们更倡导绿色能源，减少谐波的污染，因此我们要求发展全控型器件的整流电路。现阶段对于PWM整流器的研究方向主要集中于以下几个方面：

1）关于整流器拓扑结构的研究：

不管是对于什么样的电路系统，我们对于其拓扑结构的研究都是十分有必要的，对于我们后续深入的研究有着非常重要的意义。对于 PWM 整流器来说，我们在上文中分析到了。一般我们可以按照拓扑结构，将 PWM 整流器分为电压型和电流型这两类。由于电压型 PWM 整流器的动态性能比较好，而且可以被应用于相对功率等级较高的场合。所以，目前我们一般研究的是电压型的 PWM 整流器的拓扑结构。而实际的工业场合中，有着许许多多不同功率等级的需求。这要就要求我们可以根据不同的功率等级，来设计相应的 PWM 整流器的拓扑结构。在小功率的电气应用场合中，由于成本的限制，我们一般要求尽量减少功率器件的数量使用。并且，该方面的拓扑结构还主要集中于设计合理的拓扑结构，使得直流侧的输出性能更加优化。为了适应不同场合不同功率等级的需要，不同的 PWM 整流器拓扑结构被研究。在中小功率场合，关于拓扑结构的研究主要是在于减少功率管开关的个数以及关于如何改进直流输出侧性能。而为了使得整流器可以在大功率的场合得到应用，学术界研究了多电平的整流器拓扑结构。另一方面，我们可以将整流器进行组合，来满足我们在高压大功率场合中的应用。