第五讲 PWM 整流器

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
三相VSR一般数学模型的建立可采用以下两种形式： (1)采用开关函数描述的一般数学模型。 (2)采用占空比描述的一般数学模型。
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
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。
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
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
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。
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
二、PWM整流器拓扑结构
L
iBaidu Nhomakorabea
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
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”。
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
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
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。
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
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
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+
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R
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2
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4
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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。