现代电力电子技术(PWM Rectifier Converter 2h)

1、1n PWM PWM (Pulse Width Modulation)(Pulse Width Modulation)n 脉宽调制脉宽调制技术：通过对一系列技术：通过对一系列脉冲脉冲的的宽度宽度进行进行调制调制，来等效的获得所需要的波形，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）（含形状和幅值）第第4 4章章 PWMPWM控制与整流技术控制与整流技术2PWMPWM控制的基本原理控制的基本原理方波窄脉冲方波窄脉冲三角波窄脉冲三角波窄脉冲单位冲击函数单位冲击函数正弦半波窄脉冲正弦半波窄脉冲f (t)d d (t)tOa)a)b)b)c)c)d)d)tOtOtOf (t)f (t)f (t)形状不同而

2、冲量相同的各种窄脉冲形状不同而冲量相同的各种窄脉冲冲量指窄脉冲的面积冲量指窄脉冲的面积指环节的输出响应波形基本相同指环节的输出响应波形基本相同3 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波PWM控制的基本原理Ou tOu tOu t4Ou t 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波SPWM波若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。PWM控制的基本原理Ou tOu tOu t5 对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：PWM

3、控制的基本原理 根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。OwtUd-UdOwtUd-Ud6PWM控制的基本原理输入电源是恒定直流输入电源是交流或不是恒定的直流直流斩波电路PWM逆变电路PWM整流电路u0tE斩控式交流调压电路矩阵式变频电路基于面积等效原理进行控制，本质是相同的uotOwtUd-Ud7 电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波PWM控制的基本原理直流斩波电路直流波形SPWM波正弦波形等效成其他所需波形，如:l 所需波形l 等效的PWM波基于“面积等效原理”0s5m s10m s15m s20m s25m s30m s-20

4、V0V20V双极性双极性PWM控制方式控制方式（三相桥逆变）（三相桥逆变） 三相桥式PWM型逆变电路 三相的PWM控制公用三角波载波uc 三相的调制信号urU、urV和urW依次相差120下面以下面以U相为例进行分析：相为例进行分析：PWM控制的基本原理 三相桥式PWM逆变电路波形 三相桥式PWM型逆变电路 l 控制规律：PWM控制的基本原理1 1、当、当u urUrU u uc c时，给时，给V V1 1导通信号，给导通信号，给V V4 4关断信号，关断信号，u uUNUN= =U Ud d/2/2；2 2、当当u urUrU 0时时，（V2、VD4、VD1、 Ls）和（V3、VD1、VD4

5、、Ls） 分别组成两个升压斩波电路， 以（V2、VD4、VD1、Ls）为例V2通时，us通过V2、VD4向Ls 储能V2关断时，Ls中的储能通过 VD1、VD4向C充电us 0时时，（V1、VD3、VD2、Ls）和（V4、VD2、VD3、 Ls）分别组成两个升压斩波电路PWM 整流电路工作原理2三相三相PWM整流电路整流电路图6-30 三相桥式PWM整流电路 图6-30，三相桥式PWM整流电路，最基本的PWM整流电路 之一，应用最广PWM 整流电路工作原理进行SPWM控制，在交流输入端A、B和C可得SPWM电压，按图6-29a的相量图控制，可使ia、 ib、ic为正弦波且和电压同相且功率因数近

6、似为11间接电流控制间接电流控制间接电流控制也称为相位和幅值控制按相量关系来控制整流桥交流输入端电压，使得输入电流和电压同相位，从而得到功率因数为1的控制效果下图间接电流控制系统结构，图中PWM整流电路为图6-30三相桥式电路控制系统的闭环是整流器直流侧电压控制环图6-31PI+-负载三角波sin(wt+2k/3)(k=0,1,2)cos(wt+2k/3)(k=0,1,2)u*dud+-+-+iduRuLXLRuA,B,CudRLua,ub,ucPWM 整流电路工作原理图6-31PI+-负载三角波sin(wt+2k/3)(k=0,1,2)cos(wt+2k/3)(k=0,1,2)u*dud+-

7、+-+iduRuLXLRuA,B,CudRLua,ub,uc图6-31 间接电流控制系统结构控制原理控制原理l 从整流运行向逆变运行转换从整流运行向逆变运行转换首先负载电流反向而向C充电，ud抬高，PI调节器出现负偏差，id减小后变为负值，使交流输入电流相位和电压相位反相，实现逆变运行稳态时，ud和 仍然相等，PI调节器输入恢复到零，id为负值，并与逆变电流的大小对应PWM 整流电路工作原理*duPWM 整流电路工作原理 和实际直流电压ud比较后送入PI调节器，PI调节器的输出为一直流电流信号id，id的大小和整流器交流输入电流幅值成正比*du稳态时，ud= ，PI调节器输入为零，PI调节器的

8、输出id和负载电流大小对应，也和交流输入电流幅值相对应*du负载电流增大时，C放电而使ud下降，PI的输入端出现正偏差，使其输出id增大，进而使交流输入电流增大，也使ud回升。达到新的稳态时，ud和 相等，PI调节器输入仍恢复到零，而id则稳定为为新的较大的值，与较大的负载电流和较大的交流输入电流对应负载电流减小时，调节过程和上述过程相反*dul 控制系统中其余部分的工作原理控制系统中其余部分的工作原理图中上面的乘法器是id分别乘以和a、b、c三相相电压同相位的正弦信号，再乘以电阻R，得到各相电流在Rs上的压降uRa、uRb和uRc图中下面的乘法器是id分别乘以比a、b、c三相相电压相位超前/

9、2的余弦信号，再乘以电感L的感抗，得到各相电流在电感Ls上的压降uLa、uLb和uLc各相电源相电压ua、ub、uc分别减去前面求得的输入电流在电阻R和电感L上的压降，就可得到所需要的交流输入端各相的相电压uA、uB和uC的信号，用该信号对三角波载波进行调制，得到PWM开关信号去控制整流桥，就可以得到需要的控制效果。l存在的问题存在的问题在信号运算过程中用到电路参数Ls和Rs，当Ls和Rs的运算值和实际值有误差时，会影响到控制效果是基于系统的静态模型设计的，其动态特性较差间接电流控制的系统应用较少2. 直接电流控制直接电流控制通过运算求出交流输入电流指令值，再引入交流电流反馈，通过对交流电流的

10、直接控制而使其跟踪指令电流值有不同的电流跟踪控制方法，图6-32给出一种最常用的采用电流滞环比较方式的控制系统结构图图6-32 直接电流控制系统结构图PWM 整流电路工作原理l 控制系统组成控制系统组成双闭环控制系统，外环是直流电压控制环，内环是交流电流控制环外环的结构、工作原理和图6-31间接电流控制系统相同外环PI调节器的输出为id，id分别乘以和a、b、c三相相电压同相位的正弦信号，得到三相交流电流的正弦指令信号 ， 和 。 ， 和 分别和各自的电源电压同相位，其幅值和反映负载电流大小的直流信号id成正比，这是整流器运行时所需的交流电流指令信号。指令信号和实际交流电流信号比较后，通过滞环

11、对器件进行控制，便可使实际交流输入电流跟踪指令值*ai*bi*ci*ai*bi*ciPWM 整流电路工作原理优点优点控制系统结构简单，电流响应速度快，系统鲁棒性好获得了较多的应用图6-32 直接电流控制系统结构图PWM 整流电路工作原理可控整流技术PWM整流技术l方案1可控整流技术PWM整流技术l方案1可控整流技术PWM整流技术l方案2可控整流技术PWM整流技术l方案3可控整流技术PWM整流技术l方案3可控整流技术PWM整流技术l方案3可控整流技术PWM整流技术l 参考文献1可控整流技术PWM整流技术l参考文献2可控整流技术PWM整流技术l参考文献3PWMPWM控制技术总结控制技术总结vPWM

12、控制技术的地位PWM控制技术是在电力电子领域有着广泛的应用，并对电力电子技术产生了十分深远影响的一项技术v器件与PWM技术的关系IGBT、电力MOSFET等为代表的全控型器件的不断完善给PWM控制技术提供了强大的物质基础vPWM控制技术用于直流斩波电路直流斩波电路实际上就是直流PWM电路，是PWM控制技术应用较早也成熟较早的一类电路，应用于直流电动机调速系统就构成广泛应用的直流脉宽调速系统直流脉宽调速系统vPWM控制技术用于交流交流变流电路斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路是PWM控制技术在这类电路中应用的代表矩阵式变频电路因其容易实现集成化，可望有良好发展前景PWMPWM控制技术总结控制技术总结vPWMPWM控制技术用于整流电路控制技术用于整流电路PWM控制技术用于整流电路即构成PWM整流电路逆变电路中的PWM技术向整流电路的延伸PWM整流电路对整流电路的补充PWM整流电路已获得了一些应用并有良好应用前景vPWMPWM控制技术用于逆变电路控制技术用于逆变电路PWM控制技术在逆变电路中的应用最具代表性正是由于在逆变电路中广泛而成功的应用，才奠定了PWM控制技术