第五讲 PWM 整流器
浅述PWM型整流器-推荐下载
装置而言，“绿色”的内涵应包括电网无谐波污染、单位功率因数，以及功率控制系统的高
性能、高稳定性、高效率等传统变流装置所不具备的优越性能。“绿色”电能变换的需求呼
唤着电力电子技术的发展，而电力电子技术的发展又促进了“绿色”电能变换的实现。 PWM 整流器作为各种电力电子应用系统与电网的接口，其发展方向是将变流技术与微电 子技术和自动控制技术相融合，已成为电力电子技术发展中的热点和亮点。
ｏｎ—ＨＶＤＣ）； （７） 可再生能源并网发电； （８） 交直流电气传动。 PWM 整流器及其控制技术以其广泛而重要的应用前景，近年来备受学术界的关注， 已有大量的研究报告陆续发表。这些研究报告从各方面对 PWM 整流技术展开研究， 从而有力推动了 PWM 整流器应用技术的发展。
PWM 整流器概述
随着电力电子技术的发展，功率半导体开关器件性能不断提高，已从早期广泛使用的 半控型功率半导体开关，如普通晶闸管（SCR）发展到如今性能各异且类型诸多的全控型 功率开关，如双极型晶体管 （BJT）、门极关断（GTO）晶闸管、绝缘栅双极型晶体管 （IGBT）、 集成门极换向晶闸管（IGCT）、功率场效应晶体管（MOSFET） 以及场控晶闸 管（MCT） 等。而 20 世纪 90 年代发展起来的智能型功率模块（IPM）则开创了功率半导 体开关器件新的发展方向。 功率半导体开关器件技术的进步， 促进了电力电子变流装置 技术的迅速发展， 出现了以脉宽调制(PWM)控制为基础的各类变流装置，如变频器、逆变 电源、高频开关电源以及各类特种变流器等，这些变流装置在国民经济各领域中取得了广 泛的应用。但是，目前这些变流装置很大一部分需要整流环节，以获得直流电压，由于常 规整流环节广泛采用了二极管不控整流电路或晶闸管相控整流电路，因而对电网注入了大 量谐波及无功，造成了严重的电网“污染”。治理这种电网“污染”最根本措施就是，要求 变流装置实现网侧电流正弦化，且运行于单位功率因数。因此，作为电网主要“污染”源 的整流器，首先受到了学术界的关注，并开展了大量研究工作。其主要思路就是，将 PWM 技术引入整流器的控制之中， 使整流器网侧电流正弦化，且可运行于单位功率因数。 根据能量是否可双向流动，派生出两类不同拓扑结构的 PWM 整流器，即可逆 PWM 整 流器和不可逆 PWM 整流器。以下所称 PWM 整流器均指可逆 PWM 整流器。
5_PWM整流电路
5.3.1 倍流整流电路
1)输出滤波电容C0值很大，iL中谐波均从C0流过，负载R0中仅流过直流 分量I0，故输出电压无纹波，即u0≡U0。 2)滤波电感L1=L2=L，无直流内阻且数值较大。
5.3.1 倍流整流电路
图5-3 图5-2b中各时区的 等效电路 a)时区A b)时区B c)时区C
5.3.2 同步整流电路
j
· UN · UAB
d)
d
· UL · UR
超前角为j
5.2.1 实际 条件 下的 电路 分析
图5-15 λ=1时 电路的电量波 形
5.2.1 网侧功 率因数λ =-1时的 电路分 析
图5-17 λ=-1时 电路的电量波形
2．三相PWM整流电路
5.2.1
PWM整流电路的工作原理
三相桥式PWM整流电路，是最基本的PWM整流电路之一，应用 最广。 工作原理和前述的单相全 T1 T3 T5 桥电路相似，只是从单相 ia ua D1 D3 D5 扩展到三相。 A L R 进行SPWM控制，在交流 ub ib s s + 负 u B C 输入端A、B和C可得 载 d uc ic SPWM电压，按图3-20a C D4 D6 D2 T4 的相量图控制，可使ia、ib、 ic为正弦波且和电压同相 T6 T2 且功率因数近似为1。 和单相相同，该电路也可 工作在逆变运行状态及图c 或d的状态。
D2
+
C2 D3 ud 负
载
a) T 1 D1 T 3 Ls us A is R s
+ B
T2
D2 T 4 D 4 b)单相全桥电路
5.2.1
PWM整流电路的工作原理
(1)单相全桥PWM整流电路的工作原理 正弦信号波和三角波相比较的方 法对图中的T1~T4进行SPWM控制， 就可以在桥的交流输入端AB产生 一个SPWM波uS。
PWM整流器是什么？及PWM整流器控制原理
PWM整流器是什么？及PWM整流器控制原理电子元器件是推动国民经济发展的重要因素之一，然而在这个电子科技技术日新月异的时代，消费者对电子类的产品需求更是呈现出的多元化发展趋势，同时产品对电子元器件的性能有了更高的要求。
而作为被广泛应用的PWM整流器也不例外。
那么什么是PWM整流器？及PWM整流器控制原理是什么？华强北IC代购网为你一一解答。
PWM整流器是什么随着功率半导体开关器件技术的进步，电力电子变流装置得到飞速的发展，从而衍生出了以脉宽调制（PWM）为基础的各类变流装置，例如变频器、逆变电源、高频开关电源等。
经过几十年的研究与发展，PWM整流器技术已日趋成熟。
根据其能量是否可双向流动从而派生出可逆PWM整流器和不可逆PWM整流器；而其拓扑结构从最初的单向、三相电路发展到多相组合以及多电平拓扑电路；在控制开关方面，软开关调制逐渐开始代替单纯的硬开关调制；其功率等级从千瓦级发展到兆瓦级。
PWM整流器基本控制原理PWM整流器的控制目标有两个：一是使直流侧输出电压稳定；二是使交流侧输入功率因数为1或可控。
为了方便大家查阅，华强北IC代购网对PWM整流器基本控制原理归纳出以下几点：1、直接电流控制依据PWM整流器的动态方程，直接电流可对瞬时电流的波形进行高精度的控制，具有很好的动态性能，并且能够有效的防止过载和实现过流保护。
另一方面，直接电流控制对PWM整流器的控制都是采用双向闭环控制，通过直流母线电压的调节得到交流电流的电值，从而达到减小误差和产生调制的作用。
优点：良好的动态性能、高精度、低误差。
2、间接电流控制间接电流控制也成为幅相控制，通过控制整流桥交流侧击波电压的幅度值达到控制输入PWM整流器电流的目的。
与直接电流控制不一样，间接电流控制是通过开环实现对输入电流进行控制。
优点：成本低、结构简单；缺点：较大电流超调、电流震荡剧烈。
3、预测电流控制预测电流控制其本质就是采用模型误差反馈校正，根据PWM整流器实际电流的误差和电路参数等信息，计算出合适的电压矢量。
现代电力电子技术第五讲
反并联二极管为其提供释放能量的通道
反并联二极管后，只要负载两端电压
（直流侧）低于交流侧两端电压值，则二 极管导通（正半周期VD1、VD4导通，负半 周期VD2、VD3导通），全控型器件被旁路， 整流工作状态与二极管整流电路完全相同， 对全控型器件进行PWM控制失去作用。只 有在直流侧电压Ud 大于交流侧电压时，二 极管才不会导通，全控型器件组成的桥式 电路才可以正常工作，故为升压整流。
矩阵式变频电路拓扑
Ua
Ub
UC
Sau
Sbu
SCU
UU
Sav
Sbv
Scv Uv
Saw
Sbw
SCW
UW
图5.38 三相矩阵式变频电路
图5.39 一种双向开关单元
在任一时刻，输出三相中的任一相都可以通 过交流开关与三相电源的任一相连接 。以U相为 例，可以通过Sau、Sbu 、SCU的通断控制使UU等 于Ua 、Ub 或者UC，但三个开关同时只能有一个 导通，否则会造成电源短路。这样输出UU 就是由 输入电源Ua 、Ub 、UC三相电压的片段组合而成， 只要开关频率足够高。选择合适的导通时刻与合 适的导通时间，UU就可以为预期所希望输出频率 的交流电了。
现代电力电子技术 第五讲
PWM变流电路
基本的PWM变流电路： PWM逆变电路 直流斩波电路 PWM整流电路 矩阵式变频电路
5.1 PWM逆变电路 应用PWM控制技术的逆变电路
5.1.1 单相桥式PWM逆变电路 单极性控制、双极性控制
电路结构
+
VT1
VD1 VT3
VD3
RL
pwm镇流器工作原理
pwm镇流器工作原理
PWM镇流器（Pulse Width Modulation Rectifier）是一种通过
改变开关元件（如晶体管）的导通时间比例，从而实现对电流或电压的控制的电路。
PWM镇流器的主要工作原理如下：
1. 输入电压通过绕组产生交流电压。
将输入电压与变压器绕组相连接，通过绕组感应电磁感应产生交变电压。
2. 交流电压通过整流电路转换为直流电压。
在PWM镇流器中，通常采用全桥式整流电路，将交流电压转换为直流电压。
3. 控制器控制开关元件的导通比例。
PWM镇流器通过控制开
关元件（如晶体管）的导通时间比例，来调整输出电流或电压的大小。
控制器通常采用微处理器或DSP芯片，通过PWM
信号控制开关元件的导通时间。
4. 开关元件控制电流流向。
开关元件根据控制器输出的PWM
信号的高低电平，控制导通或断开电流的通路，从而控制电流流向。
当开关元件导通时，电流通过开关元件流入负载；当开关元件断开时，电流通过恢复二极管流入负载。
通过以上工作原理，PWM镇流器可以实现对输入电流或电压
的精确控制，从而满足不同负载的需求。
PWM整流器
* d
+ ud
PI
id
i*a,b,c
R +
L u a ,u b ,u c
sin(t-2k/3) (k=0,1,2)
ud
负载
电
力
电
子
技
术
PWM整流电路的控制方法
电
力
电
子
技
术
PWM整流电路的应用（电池化成）
交流 电网 380V 变压器 380V / 24 V
AC/DC双 向变流器
icf ibf iaf
IPM Cdc1 Cdc2
电
力
电
子
技
术
三相四线制APF
ea(t)
PLL sin( t )
sin( t - 2 /3) sin( t - 4 /3)
ia(t) ib(t) ic(t)
乘法器 乘法器 乘法器
2 LPF 2 2
乘法器 乘法器 乘法器
-
iha(t)
ia,b,c u*d + ud PI id i*a,b,c R + L u a ,u b ,u c sin(t-2k/3) (k=0,1,2) ud
负载
电
力
电
子
技
术
PWM整流电路的控制方法
• ia* ，ib* 和ic*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PI或滞环对 器件进行控制，便可使实际交流输入电流跟踪指令值
ia,b,c PI
ua, b,c + ud +
PWM整流器及其控制策略的研究
PWM整流器及其控制策略的研究一、概述PWM整流器是现代电力电子系统中不可或缺的一部分，它是一种能够将交流电转换为直流电的电力电子装置。
其主要作用是将交流电源中的电能转换为直流电源，以供电力电子系统中的各种负载使用。
PWM整流器的基本原理是利用开关管的开关控制，将交流电源中的电能转换为直流电源。
在PWM整流器中，开关管的开关频率非常高，一般在几千赫兹到几十千赫兹之间，这样可以有效地减小开关管的损耗，提高整流器的效率。
同时，PWM整流器还可以通过控制开关管的占空比来调节输出电压和电流，从而实现对负载的精确控制。
在PWM整流器的控制策略中，最常用的是基于电流控制的方法。
这种方法主要是通过对电流进行反馈控制，来实现对整流器输出电压和电流的精确控制。
在实际应用中，电流控制方法可以分为两种，一种是基于平均电流控制的方法，另一种是基于瞬时电流控制的方法。
还有其他控制策略，如基于电压控制的方法、基于功率控制的方法等。
这些方法各有优缺点，需要根据具体的应用场景来选择合适的控制策略。
随着电力电子技术的发展，PWM整流器在新能源、电力牵引、电力电子变换等领域的应用越来越广泛。
其具有高效率、低谐波、快速响应等优点，但其控制策略的设计是整个系统性能的关键。
对PWM整流器及其控制策略进行研究具有重要意义。
1. PWM整流器概述PWM（脉冲宽度调制）整流器是一种先进的电力电子装置，其主要功能是将交流（AC）电源转换为直流（DC）电源。
与传统的线性整流器相比，PWM整流器具有更高的效率和更好的动态性能。
这种整流器利用PWM技术，通过快速开关电力电子开关（如IGBT或MOSFET）来控制电流的波形，从而实现对输入电流的有效控制。
PWM整流器主要由三相桥式电路、滤波器和控制电路组成。
三相桥式电路负责将AC电源转换为DC电源，滤波器则用于滤除输出电压中的高频谐波，而控制电路则负责根据输入电压和负载条件调整PWM 信号的占空比，从而实现对输出电压和电流的精确控制。
培训学习资料-PWM整流器-2022年学习资料
三、PWM整流器工作原理-c-d-这说明PWM整流电路可实现能量正反两方向流动，即-既可以运行在整流状态， 交流侧向直流侧输送能量；-也可以运行在逆变状态，从直流侧向交流侧输送能量。-而且，这两种方式都可以在单位功 因数下运行。这一特点-对于需再生制动的交流电动挑调速系统很重要。-11
三、PWM整流器工作原理-c-d-要实现PWM整流器的四象限运行，关键在于网侧电流-的控制。一方面，可以通 控制PWM整流器交流侧电压，-来间接控制其网侧电流；一方面，也可通过网侧电流的闭-环控制，直接控制PWM整 器的网侧电流。-ppt课件-12
四、三相PWM整流器数学模型-Ri。=e。-ya+yo）-dt-负-本本K本-d正+Ri,=e.ue.+M o）-三相平衡则-ea+e,+e。=0ia+%+i。=0-wo0=-Vaw+w+w=-号-idc=inSa ibsb+ies。-3-∑-k=a,b,c-+s,+s。-udc -eL-ppt课件-∑isRL-20
三、PWM整流器工作原理-单相PWM整流电路-4y-VD,-本-A-B-VD--竅-电容稳压作用-d-AB 4血6f-ppt课件-13-电感升压作用
三、PWM整流器工作原理-VD-VDs-单相PWM整流电路-名本-最-Vs-收本-单极性调制三值开关函数t-V1VD、V4VD4导通-0V1VD、VD3V3或V2VD2、VD4Va导通-VVD2、V3VD3导通 U奶-Udc-ppt课件-14
三、三相PWM整流器工作原理-三相PWM整流电路-K本K不K本-D-1--V,VD,导通-B-C-图-a--VVD导通-j=a,b,c-开关模式导-2-3-4-5-6-T-8-V,VVD.-V:WD.-V,WD -'.D-旷：D-旷.D.〕-VWD.-V:WD!-V.UD.-V.ND.-四-TD〕-VWVD:-件-' D.-V.WVD-V.p.-VWD:-001-010-011-100-101-110-111-000-Pp 课件-15-数
PWM整流器简介
模式1(100)
模式2(010)
三相半桥整流器PWM分析
• 不同开关模式的电流回路(ia>0,ib<0,ic>0)
模式3(110)
模式4(001)
三相半桥整流器PWM分析
• 不同开关模式的电流回路(ia>0,ib<0,ic>0)
模式5(101)
三相半桥整流器PWM分析
• 开关模式 三相半桥PWM整流器有三个桥臂，为了进 行PWM控制，需对三个桥臂施加幅值、频 率相等，相位互差120°的三相对称正弦波 调制信号。 每相桥臂有2种开关模式，即上桥臂导通或 下桥臂导通，因此三相共有8种开关模式。
三相半桥整流器PWM分析
• 开关函数
三相半桥整流器PWM分析
E：输入电压矢量 VL：电感电压矢量 V：整流器交流侧电压矢量 I：输入电流矢量
PWM整流器工作原理
• 四象限运行
(a)
(b)
(c)
(a)：正电阻特性运行 (b)：纯电感特性运行 (c)：纯电容特性运行 (d)：负电阻特性运行
(d)
PWM整流器工作原理
• 四象限运行 通过控制整流器交流侧电压，就可以控制 输入电流，实现四象限运行。
• IGBT参数设计 与三相逆变器一致 • LCL和母线电容参数设计
PWM整流器简介
硬件部 2011-11-23
PWM整流器分类
半桥 单相 电压型 PWM整流器 电流型 三相 全桥 全桥 半桥
PWM整流器拓扑结构
单相半桥
单相全桥
PWM整流器拓扑结构
三相半桥
PWM整流器拓扑结构
三相全桥
pwm整流器工作原理
pwm整流器工作原理
PWM整流器是一种电子设备，用于将交流电信号转换成直流
电信号。
它基于脉冲宽度调制（PWM）的原理工作。
工作原理如下：
1. 输入信号：PWM整流器的输入是交流电信号，通常为
50Hz或60Hz的正弦波。
2. 整流：通过使用扫描开关和滤波电容，交流电信号被整流成脉冲信号。
3. PWM调制：脉冲信号的宽度通过PWM调制技术进行控制。
PWM调制器根据需要生成一个高频的方波信号，并与整流得
到的脉冲信号进行比较。
4. 控制器反馈：PWM整流器的控制器根据PWM调制器输出
的方波信号与脉冲信号的比较结果，对脉宽进行调整。
5. 输出滤波：调整后的脉冲信号通过输出滤波电路进行滤波，以去除高频噪音。
6. 输出电压：最终输出的信号是直流电信号，它的波形与PWM调制信号的调制比例成正比。
整个过程中，PWM整流器的控制器不断地监测输出电压，并
做出相应的调整，以使输出电压稳定在预设的数值。
这种控制
方式允许PWM整流器在输入电压和负载变化时保持较稳定的输出电压。
总的来说，PWM整流器通过对输入交流电信号进行整流、PWM调制和控制器反馈等步骤，将其转换成稳定的直流电信号。
PWM整流器
三、PWM整流器的基本原理
三、PWM整流器的基本原理
三、PWM整流器的基本原理
三、PWM整流器的基本原理
三、三相PWM整流器的数学模型
随着PWM整流器技术的发展，已设计出多种PWM整流器。尽 管种类很多，但基本的分类方法就是将PWM整流器分类成电压 源型和电流源型两大类。 相对于电流源型PWM整流器而言，电压源型PWM整流器有较 快的响应速度，且易于实现，所以目前PWM整流器一般采用电 压源型PWM整流电路。 如图2-5所示的三相VSR三线六开关主电路拓扑结构。为了论述 方便，以下把这种整流器简称三相VSR。
二、PWM整流器研究现状
现在对控制技术的研究与发展是决定PWM整流器发展的关 键因素，为了使网侧电流波形能够很好地跟踪电压波形，网侧 电流的控制显得十分重要。 电压型PWM整流器网侧电流控制策略分为两类：一类是间接 电流控制策略；另一类是目前占主要地位的直接电流控制策略 。 间接电流控制实际上就是所谓的幅相电流控制。这种控制方 案稳定性不好，电流动态响应慢，对系统参数变化敏感，因此 它已逐步被直接电流控制策略所代替。 直接电流控制相对于间接电流控制有着快速电流响应和好的 鲁棒性。具体包括：基于静止坐标的P式。 在此基础上近些年还新提出了包括无电网电压传感器、基于 虚拟磁链定向以及结合这两种方法的控制方式。
三、PWM整流器的基本原理
三、PWM整流器的基本原理
三、PWM整流器的基本原理
三、PWM整流器的基本原理
三、PWM整流器的基本原理
三、PWM整流器的基本原理
三、PWM整流器的基本原理
三、PWM整流器的基本原理
三、PWM整流器的基本原理
三、PWM整流器的基本原理
三、PWM整流器的基本原理
PWM整流器原理
PWM整流器的矢量控制
矢量控制总体结构
直流母线 电压检测
交流电流 检测
电压调节器 给定 电流
电流调节器
输出
PWM整流器的矢量控制
电网相位检测与旋转坐标变换
直流母线 电压检测
输入电流 旋转坐标 实测
检测
变换 电流
电压 调节器
给定 电流
电流 给定 调节器 电压
旋转坐标 输出 反变换
光纤信号 CPLD 电网电压 解码 相位
U
1.5
1
EU
0.5
E-U I
0
-0.5
-1
-1.5
0
0.5
1
1.5
2
I
E-U
EU
E
I
能量输出
2.5
电压源模型
EI
U
1.5
1
U
E
0.5
E-U I
0
E-U
UE
E
I
-0.5
-1
-1.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
I 能量回馈
圆图
U
能
}量 回 ωLI 馈
E
能的工作原理与分析方法
升压斩波器模型 功率流模型 电流源模型 电压源模型 圆图
PWM整流器原理
北京利德华福电气技术有限公司 预研部 马永健 2008年5月30日
主要内容
整流器的基本类型 PWM整流器的结构 PWM整流器的工作原理与分析方法 PWM整流器的矢量控制 高压变频器的PWM整流器
整流器的基本类型
二极管不控整流器
成本低 输出不可控 能量单向流动 电流谐波大
整流器的基本类型
三相高频PWM整流
o
ic
基波等效电路
电压、电流的矢量关系
Vs Vi jLIs
Vs 2Vs0
Vi 2Vi Is 2Is
交流/直流双向PWM变换器工作原理
基波等效电路
>0时，Vi滞后Vs，P为正值。交流电源向变换器输
出有功功率，变换器工作于整流状态；
<0时，Vi超前Vs ，P为负值。交流电源从变换器吸
2VS sin t
2VS sin t 120 2VS sin t 120
交流电源电压：
vsa t vsb t vsc t
2VS sin t
2VS sin t 120 2VS sin t 120
交流电源电流：
ia t ib t ic t
2IS sin t
03
小结与思考
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）
01 能量可回馈的高频
PWM整流电路
能量可回馈的高频PWM整流电路
三相高频PWM整流电路
T1
T3
T5
idc
o
vsa A L vsb B L vsc C L
a ia
via
b
ib
c
T4ic
T6
vib T2
Cdc vic
电源输入为三相变压器次级绕组
电力电子学
—三相高频PWM整流
目 录
第5章 交流/直流变换器 01 整流器的类型和性能指标 02 整流的基本原理 03 负载性质对整流特性的影响 04 交流电路电感对整流特性的影响 05 相控有源逆变电路 06 三相高频PWM整流
三相高频PWM整流
01
目录
02
能量可回馈的高频PWM整流电路 交流/直流双向PWM变换器工作原理
三相电压型PWM整流器及控制ppt课件
Rib
Ldib dt
up
updEdLddditRdiLqi upqEqLidRiqLdditq
id*
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Ed Liq upd
1
PI
LS R
id
iq*
+
-
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1
iq
PI
LS R
~
ud* +
ud
AUR id*
tg*
ia,b,c
id、iq检测
iq id
~
AC负载 AC电源
ARU
INU
V0 Cf
R0
AC负载
a) 不带制动回路的情况
b〕带制动回路的情况
图1 普通交-直-交变频器构造图
缺陷：
一，由于二极管的单导游电性能，能量只能单相传输，电机制动 的再生能量无法回馈给电网，四象限运转时需加制动回路。
二，网侧电流波形严重畸变，呵斥电网功率因数较低，由于整流 采用二极管整流，因此，最高功率因数大约为0.9左右。
传统的相控整流器虽然运用时间较长，技术也较 成熟，且被广泛运用，但依然存在很多问题: 晶闸管换相引起网侧电压波形畸变。 网侧谐波电流对电网产生谐波“污染〞。 深控时网侧功率因数降低。 闭环控制时动态呼应相对较慢。 二极管整流器改善了整流器网侧功率因数，但 仍会产生网侧谐波电流； 它的缺乏还在于其直流电压的不可控性。
L R
ud +
负载
它在控制系统中没有引入电流闭环，而是根据电路阻抗特
性，用数学的方法替代电流闭环作用。虽然它动态呼应稍
慢，还存在瞬态直流电流偏移，但具有简单的控制构造和
良好的开关特性，便于微机实现，而且可靠性高。另外还
pwm整流器的工作状态
pwm整流器的工作状态PWM（脉宽调制）整流器是一种电力电子装置，用于将交流电转换为直流电。
它通过调节输入电压的脉冲宽度来控制输出电压的大小。
本文将逐步介绍PWM整流器的工作状态及原理，并详细解释如何实现整流功能。
第一步：PWM整流器的基本原理PWM整流器是一种利用半导体开关元件（如晶体管或MOSFET）的工作周期性和具有连续导通时间来控制电流或电压的装置。
其基本原理可分为两个部分：脉宽调制和整流功能。
脉宽调制（PWM）是一种通过调节周期性脉冲的宽度来控制平均输出电压或电流的技术。
传统电力系统中，直流电源常用于工业设备和电子设备。
然而，交流电源具有更高的传输效率和便利性，因此需要将交流电转换为直流电以供电子设备使用。
这就是PWM整流器的作用。
整流是指将交流电的负半周期通过有源开关控制为直流电的过程。
在PWM整流器中，半导体开关元件根据输入信号的脉冲宽度来切换通断状态，从而控制电流流过负载。
在负半周期的导通状态下，开关元件导通，负载电流流过，并由滤波电容存储电能；而在负半周期的断开状态下，开关元件截断，电容释放储存的电能，从而保持直流输出电压。
第二步：PWM整流器的工作步骤PWM整流器的工作步骤可分为以下几个阶段：输入滤波、输入整流、PWM 调制、输出滤波和输出稳压。
1. 输入滤波：首先，将输入的交流电经过电感和滤波电容进行滤波。
电感和滤波电容用于去除交流电中的高频噪音，并将其转换为平稳的直流电流。
2. 输入整流：滤波后的交流电通过整流电路，交流电被转换为脉冲电流。
整流电路通常采用桥式整流电路，该电路由四个二极管构成，使得负半周期的电流变为正半周期的电流。
这样，输出的脉冲电流将用于后续的PWM调制。
3. PWM调制：PWM调制器控制半导体开关元件（如晶体管或MOSFET）的导通状态和通断周期。
通常，PWM调制器通过比较器将输入信号与一个锯齿波进行比较，产生脉冲宽度调制信号。
脉冲宽度与输入信号的功率需求成正比。
PWM整流器
U·L U·R
a)整流运行
·Is
·UAB d
U·L
U·s
U·R
b)逆变运行
a和功：率UU因AsB 滞数同后为相1，U。 整sP相W流角M状d整态，流I，s
电路最基本的工作状态。
b和说：明UUAPBsW超反M前相整，U流 s逆电相变路角状可d态，实I，现s
能量正反两个方向的流动， 这一特点对于需再生制动 的交流电动机调速系统很 重要
● PWM 关键性的改进在于用全控型功率开关管取 代了半控型功率开关管或二极管，以PWM斩控整 流取代了相控整流或不控整流。因此，PWM整流 器可以取得以下优良性能：
① 网侧电流为正弦波。 ② 网侧功率因数可控（如单位功率因数控制）。 ③ 电能双向传输。 ④ 较快的动态控制响应。
PWM 整流器已不是一般传统意义上的 AC/DC 变 换器。由于电能的双向传输：
电压型PWM整流电路是升压型整流电路，其输出 直流电压可以从交流电源电压峰值附近向高调节。
三相半桥、全桥电压型PWM整流器的拓扑结构 （a）半桥
（b）全桥
4.4.3 电压型PWM整流器的控制
●对电压型PWM整流器进行控制的目的： （1）保持中间回路直流电压在允许的偏差范围之内； （2）使变压器一次侧的功率因数接近于1（或-1）， 即使输入电流为正弦波，且和电压同相位(或反相)。
iS uAB iDC uDC
·Is
U·s
·UAB d
U·L U·R
a)整流运行
·Is U·s d
·UAB
U·L U·R
c)无功补偿运行
·Is
·UAB d
U·L
U·s
U·R
b)逆运行
·Is
j
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四、三相PWM整流器数学模型
L
dia dt
Ria
ea
(vaN
vNO )
vaN udc sa
L
dia dt
Ria
ea
(udcsa
vN 0 )
三相平衡则
ea eb ec 0 ia ib ic 0
第五讲 PWM整流器
一、整流器现状
➢ 目前常规整流器一般采用晶闸管相控整流 电路或二极管整流电路。 存在问题：
晶闸管相控整流电路的输入电流滞后电压， 其滞后角随着触发角的增大而增大，而且输入电 流中谐波分量相当大，因此功率因数低。
二极管整流电路虽然位移因数接近1，但输 入电流中谐波分量很大，所以功率因数也很低， 对电网造成了严重的“污染”。
ZX AX BE
R 0
0
(sa
1 3
k a,b,c
sk
)
A
0
R
0
(sb
1 3
k a,b,c
sk
)
0
0
R
(sc
1 3
k a,b,c
sk
)
sa sb sc
1/ RL
X [ia , ib , ic , udc ]T
,
E [ea , eb , ec , eL ]T
一、整流器现状
i2
4
Id
(sin t
1 sin 3t
3
1 sin 5t
5
)
4
Id
n 1,3,5,
1 n
sin
nt
2I n
n 1, 3,5,
sin
nt
In
2 2Id
n
(n 1,3,5,)
I1 I
cos1
22
cos
0.9 cos
2
O u
d
O i
d
i VT
O
1,4
i VT
O
2,3
O i
2
O u
直流侧电容可滤除直流电流中高次谐波分量，直流分量流 向负载侧，减少直流侧纹波，从而使交流侧电流正弦化，提高 功率因数。
三、PWM整流器工作原理
这说明PWM整流电路可实现能量正反两方向流动，即 既可以运行在整流状态，从交流侧向直流侧输送能量；
也可以运行在逆变状态，从直流侧向交流侧输送能量。 而且，这两种方式都可以在单位功率因数下运行。这一特点 对于需再生制动的交流电动机调速系统很重要。
单相PWM整流电路
单极性调制 三值开关函数
三、三相PWM整流器工作原理
三相PWM整流电路
负
sj
1 V j、VDj导通 0 V j、VDj导通
（j a,b, c）
载
三、三相PWM整流器工作原理
开关函数相同，但有不同的导通回路。相同的开关函数， 根据电流的方向不同则回路不同。
三、三相PWM整流器工作原理
PWM整流器可分为电压型和电流型两大类， 目前研究和应用较多的是电压型PWM整流电路。 （Voltage Source PWM Rectifer--VCR）
二、PWM整流器拓扑结构
PWM整流器可以取得以下优良性能： (1)网侧电流近似正弦波 (2)网侧功率因数控制(如单位功率因数控制) (3)电能双向传输，四象限运行 (4)较快的动态响应
VT 1,4
O
t
Id I
d
b)
Id Id
t I
d
t t t t
t
一、整流器现状
VD i1
2
i
d
VD
3
i
i
C
R
i,u
d
u
d
i
u
u
1
2
u+
d
C
R
0q
2
t
VD
2
VD
4
d
a)
b)
i2,u2,ud u2 ud
i2
0
dq
t
a)
b)
二、PWM整流器拓扑结构
把PWM控制技术引入到整流器的控制中，可 以使整流器输入电流正弦化，且和输入电压同相 位，功率因数近似为1。这种整流电路也可以称 高功率因数整流器。
二、PWM整流器拓扑结构
L
i
由交流回路、功率开关管桥路 e
v
以及
直流回路组成。
idc R L
udc
当不计功率开关管桥路损
PWM整流器模型电路
耗时，由交、直流侧功率平衡
关系
iv idcudc
通过模型电路交流侧的控制，就可以控制其直流侧，反 之也成立。
2020/8/10
1-7
二、PWM整流器拓扑结构
vN 0 (t) vaN
vbN 3
vcN
udc 3
sk
k a,b,c
C dudc dt
saia
sbib
scic
udc eL RL
idc iasa ibsb icsc
四、三相PWM整流器数学模型
L
dia dt
Ria
ea
(vaN
vNO )
vaN udc sa
L
dia dt
a相开关函数波形 a相电压波形 a相电流波形
直流输出电压波形
四、三相PWM整流器数学模型
在建立三相VSR数学模型过程中，一般做以下假设： ⑴电网电动势为三相平衡正弦电动势 ea、eb、ec ； ⑵电源的A、B、C三相电路的等效电阻均为R；三相电 路的等效电感值均为L，且线性不考虑饱和。 ⑶开关器件皆为理想器件； ⑷为描述VSR能量的双向传输，三相VSR其直流侧负载 由电阻和直流电动势串连表示； ； ⑸忽略开关死区时间。
dik
dt
Rik
ek
udc sk
1 3
sj
j a ,b ,c
C
dudc dt
ik sk
k a,b,c
udc RL
四、三相PWM整流器数学模型
L
dik
dt
Rik
ek
udc sk
1 3
s j j a ,b ,c
C
dudc dt
ik sk
k a,b,c
udc RL
Ria
ea
(udcsa
vN 0 )
三相平衡则
ea eb ec 0 ia ib ic 0
vN 0 (t) vaN
vbN 3
vcN
udc 3
sk
k a,b,c
idc iasa ibsb icsc
C dudc dt
saia
sbib
scic
udc eL RL
L
电压源型整流器
电流源型整流器
二、PWM整流器拓扑结构
PWM工作原理主要是通过对开关器件进行有效控制，使得 桥臂输入端电压为PWM调制脉冲序列。当开关频率足够高时， 根据傅立叶分解，桥臂端电压为基波交流电压和高次谐波电压 组成。
二、PWM整流器拓扑结构
单相PWM整流电路
由于电感L具有的平衡和抑制高次谐波电流作用，因而可 缓冲桥臂脉冲序列中的无功功率，使网侧输入电流正弦化。
三、PWM整流器工作原理
要实现PWM整流器的四象限运行，关键在于网侧电流 的控制。一方面，可以通过控制PWM整流器交流侧电压， 来间接控制其网侧电流；另一方面，也可通过网侧电流的闭 环控制，直接控制PWM整流器的网侧电流。
三、PWM整流器工作原理单相PWM整流电路电容稳压作用 电感升压作用
三、PWM整流器工作原理