PWM整流电路和逆变
单相桥式PWM逆变电路设计
单相桥式PWM逆变电路设计一、设计原理单相桥式PWM逆变电路由整流桥、滤波电路、逆变桥和控制电路组成。
整流桥将输入的交流电转换为直流电，滤波电路对直流电进行平滑处理，逆变桥将直流电转换为交流电输出，控制电路对逆变桥进行PWM控制，调节输出电压的幅值和频率。
二、设计方法1.选择逆变桥和整流桥元件：根据输出功率的要求选择合适的逆变桥和整流桥元件，常见的有MOSFET、IGBT和二极管等。
2.设计滤波电路：通过选择合适的电容和电感元件，设计滤波电路对直流电进行平滑处理。
常见的滤波电路有LC滤波电路和RC滤波电路，可以根据具体情况选择合适的滤波电路。
3.设计控制电路：控制电路是单相桥式PWM逆变电路的关键部分，通过控制电路对逆变桥进行PWM调制，实现对输出电压的控制。
常见的控制方法有脉宽调制（PWM）和脉振宽调制（PPWM），可以根据实际需求选择合适的控制方法。
4.稳定性分析和保护措施：在设计过程中需要考虑逆变电路的稳定性和保护措施。
通过稳定度分析和保护措施的选择，可以提高逆变电路的可靠性和安全性。
5.实验验证和调试：设计完成后需要进行实验验证和调试，对电路进行性能测试和参数调节，确保逆变电路的正常工作。
三、设计注意事项1.选择合适的元件：在设计过程中需要根据具体要求选择合适的元件，包括逆变桥、整流桥、滤波电路和控制电路等。
合理选择元件能够提高电路的性能和可靠性。
2.稳定性和保护措施：在设计过程中需要考虑逆变电路的稳定性和保护措施。
通过分析稳定性和选择保护措施，可以防止电路因过电流、过压等故障而损坏。
3.实验验证和调试：设计完成后需要进行实验验证和调试，对电路进行性能测试和参数调节，确保逆变电路的正常工作。
及时调试和修改电路中存在的问题，确保电路的性能满足设计要求。
四、总结单相桥式PWM逆变电路是一种常见的电力电子转换电路，设计涉及到逆变桥、整流桥、滤波电路和控制电路等方面。
通过选择合适的元件、稳定性分析和保护措施以及实验验证和调试，可以设计出性能优良、稳定可靠的逆变电路。
PWM控制原理(精编文档).doc
【最新整理，下载后即可编辑】PWM控制技术主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。
重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。
难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。
基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。
PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
第3、4章已涉及这方面内容:第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。
本章内容PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM 整流电路1 PWM控制的基本原理理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
冲量指窄脉冲的面积。
效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理：分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
三相pwm逆变器的基本原理
三相pwm逆变器的基本原理三相PWM逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的装置。
它主要由整流器、逆变器和控制电路三个部分组成。
整流器部分是将交流电源输入的交流电转换为直流电，并通过滤波电路对直流电进行滤波，以保证逆变器输入的直流电质量良好。
整流器通常采用整流桥进行整流，并通过电容滤波减小脉动。
逆变器部分是将直流电转换为三相交流电。
它采用PWM技术控制开关器件（如晶闸管、IGBT等）的开关时间，从而控制输出波形的形状和峰值。
具体来说，PWM技术是通过调整开关器件的导通和关断时间比例，将直流电压分解为多个频率相同、幅值不同的脉冲信号，再通过低通滤波器将这些脉冲信号重组成平滑的交流电信号。
根据PWM技术的不同调制方式和实现方法，逆变器可以分为多种类型，如单极性PWM逆变器、双极性PWM逆变器和多电平PWM逆变器等。
单极性PWM逆变器是一种较为简单的逆变器，它通过周期性开关器件的导通和关断来实现输出波形的控制。
当开关器件导通时，输出电压为正；而当开关器件关断时，输出电压为零。
通过调节开关器件导通和关断的时间比例，可以改变输出电压的幅值。
双极性PWM逆变器是一种在单极性PWM逆变器基础上增加零电平操作的改进型逆变器。
它在正半周的开关器件导通和关断之外，还加入了与正半周相反的负半周开关器件的操作。
通过调节正负半周开关器件的导通和关断时间比例，可以进一步改变输出波形的形状和峰值。
多电平PWM逆变器是一种更为高级的逆变器，它通过增加开关器件的电平数目，使得输出波形更加接近正弦波。
多电平PWM逆变器可以采用多种调制方法，如SPWM调制、SVPWM调制和DPWM调制等。
其中，SPWM调制是最常用的一种方法，通过逐渐增加脉冲的脉宽从而逼近正弦波的形状。
SVPWM调制是一种在SPWM调制的基础上进一步优化的方法，可以实现更高的输出电压质量和更低的谐波含量。
DPWM调制则是一种在负载波形变化较小时可以使用的简化调制方法。
PWM整流电路和逆变
1 PWM 整流电路系统模型及工作原理分析系统模型是分析和设计三相VSR 的基础，从不同的角度出发可以建立不同形式的系统模型，对应的控制方法也往往不同。
VSR 的拓扑结构常见有：单相VSR 、三相VSR 、三电平VSR 和基于软开关调制的VSR 。
单相VSR 的结构比较简单，故以单相VSR 为例说明电压型PWM 整流器的工作原理。
本章主要研究三相VSR 的系统模型和工作原理。
1.1 单相电压型PWM 整流器工作原理图1.1给出了PWM 整流电路的相量图，其中N U .表示电网电压，s U .表示PWM 整流电路输入的交流电压，L U .为连接电抗器s L 的电压。
图中滞后的相角为ϕ，.s I 与.s U 的相位完全相同，电路工作在整流状态，且功率因数为1。
这就是PWM整流电路的基本工作原理[11]。
N.U .LU .图1.1 单相PWM 整流电路的向量图图1.1中的单相VSR 主电路由交流回路、功率开关管桥路以及直流回路组成；忽略电感和功率开关管桥路的等效损耗电阻。
其中交流回路包括交流电压e 以及网侧电感re L 等；直流回路包括直流电容C 、负载电阻R L 和负载电压L e 等。
LR Le图1.1 单相VSR主电路稳态工作时，单相VSR输出直流电压不变，功率开关管按PWM方式开通和关断，单相VSR交流侧输出电压与单相逆变器相同。
由于电感的滤波作用，忽略VSR交流侧输出电压的谐波，单相VSR可以看作是可控的正弦单相电压源。
它与电网的正弦电压共同作用于输入电感reL上，产生正弦输入电流。
稳态条件下，单相VSR交流侧矢量关系如图1.3所示。
为简化分析，对于单相VSR模型电路，只考虑基波分量而忽略PWM谐波分量，并且不计交流侧电阻。
这样从图1.3中可以分析：当以电网电压矢量为参考时，通过控制单相VSR交流侧输出电压矢量V即可实现单相VSR的四象限运行。
若假设I不变，L reV=ωL I固定不变，在这种情况下，单相VSR交流电压矢量V端点运动轨迹构成了一个以LV为半径的圆。
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
单相桥式PWM逆变电路设计
单相桥式PWM逆变电路设计介绍单相桥式PWM逆变电路的背景和重要性单相桥式PWM逆变电路是一种常见的电力电子技术应用，广泛用于交流电能转换为直流电能的场合。
由于其高效、可靠的特点，被广泛运用于电力系统中的UPS（不间断电源）、电机驱动和太阳能逆变器等领域。
在现代电力系统中，交流电能的应用日益增多，而很多电子设备却需要使用直流电能。
因此，采用桥式PWM逆变电路来实现交流电与直流电的转换是非常必要和重要的。
本文将详细讨论单相桥式PWM逆变电路的设计原理和关键技术。
首先，将介绍PWM技术的基本原理，并解释为什么选择桥式逆变器。
其次，将详细讲解桥式逆变器的工作原理和电路结构。
最后，将给出一种基于控制策略的桥式逆变器设计方案。
通过本文的研究，读者将能够深入了解单相桥式PWM逆变电路的设计原理和实践应用，为电力系统和电子设备的设计提供有益的参考。
单相桥式PWM逆变电路是一种常用的电力电子变换器。
它通过控制开关器件的开关周期和占空比，将直流电源转换为交流电源，实现电能的变换和调节。
该逆变电路的基本组成包括：单相桥式整流电路：它由四个可控开关器件组成，通常使用MOSFET或IGBT等器件，用于将交流电源转换为直流电源。
PWM调制电路：PWM调制电路通过控制开关器件的开关周期和工作占空比，可以实现输出电压的调节和波形控制。
滤波电路：滤波电路用于平滑输出电压，去除输出电压中的高频噪声和谐波。
输出变压器：输出变压器用于将逆变电路的输出电压变换为所需的电压等级。
单相桥式PWM逆变电路的工作原理是：首先，经过单相桥式整流电路的整流，将交流电源转换为直流电源；然后，通过PWM 调制电路控制开关器件的开关周期和工作占空比，将直流电源转换为交流电源；最后，经过滤波电路的处理，输出平滑的交流电压。
这样，单相桥式PWM逆变电路实现了将直流电源转换为交流电源的功能，可以广泛应用于电力电子变换器、逆变电源、变频调速等领域。
本文讨论了单相桥式PWM逆变电路的设计步骤和注意事项。
单相pwm电流整流电路
单相pwm电流整流电路单相PWM电流整流电路是一种常见的电源电路，它可以将交流电转换为直流电，广泛应用于各种领域，如工业自动化、家庭电器等。
本文将从以下几个方面进行详细介绍。
一、单相PWM电流整流电路的基本原理单相PWM电流整流电路的基本原理是利用半桥或全桥逆变器将交流输入转换为直流输出，并通过PWM控制器对逆变器开关管进行调制，实现直流输出的稳定性和精度。
具体来说，当输入交流信号通过半桥或全桥逆变器时，逆变器内部的开关管会根据PWM控制信号打开或关闭，从而使得输出信号在时间上被分成若干个周期，每个周期内包含一个高电平和一个低电平。
通过调节PWM控制信号的占空比可以改变高低电平之间的时间比例，从而实现对输出直流信号的调节。
二、单相PWM电流整流电路的主要组成部分单相PWM电流整流电路主要由以下几个组成部分构成：1. 输入滤波器：用于对输入交流信号进行滤波和去噪处理，在保证输入稳定性和精度的同时，减少对逆变器开关管的干扰。
2. 逆变器：用于将输入交流信号转换为直流输出信号，通常采用半桥或全桥结构。
3. PWM控制器：用于控制逆变器内部开关管的开关时间和占空比，从而实现对输出直流信号的调节。
4. 输出滤波器：用于对输出直流信号进行滤波和去噪处理，在保证输出稳定性和精度的同时，减少对负载的干扰。
5. 保护电路：用于保护整个电路不受过压、过流、短路等异常情况的影响，并防止逆变器开关管损坏。
三、单相PWM电流整流电路的工作原理单相PWM电流整流电路的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 输入滤波：将输入交流信号通过输入滤波器进行滤波和去噪处理，使得输入信号稳定性和精度得到保证，并减少对逆变器开关管的干扰。
2. 逆变：经过输入滤波后，交流信号被送入半桥或全桥逆变器中进行逆变操作。
在逆变过程中，PWM控制器会根据设定的占空比控制开关管的开关时间，从而实现对输出直流信号的调节。
3. 输出滤波：逆变后的直流信号经过输出滤波器进行滤波和去噪处理，使得输出信号稳定性和精度得到保证，并减少对负载的干扰。
pwm整流
PWM整流
背景
随着现代社会的发展，电力系统中非线性用电设备应用日益增多，电能质量问题凸显。
由于传统方法晶闸管相控整流电路输入电流滞后于电压，功率因数很低，而二极管整流电路虽然位移因数接近1，但输入电流谐波分量大，所以功率因数也很低。
而PWM整流电路可以使输入电流非常接近正弦波，并且和输入电压同相位，功率因数接近于1，性能上远优于传统的晶闸管相控整流电路和二极管整流电路，因此在大功率、高精度的场合下占有主导地位。
原理
PWM控制技术首先是在直流斩波电路和逆变电路中发展起来的，把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就形成了PWM整流电路
控制方法
根据是否引入电流反馈可以将这些控制方法分为两种，没有引入电流反馈的称为间接电流控制，引入电流反馈的称为直接电流控制。
因为间接控制方法是基于系统的静态模型设计的，其动态性能较差，故在工程实际中多采用直接电流控制。
电力电子技术(思维导图)
电力电子技术绪论电力电子器件变流电路整流电路单相可控整流电路单相半波可控整流电路电阻负载带续流二极管的阻感负载阻感负载Ud波形一样单相全波可控整流电路电阻负载（书上只画了这个）单相桥式半控整流电路2、4为二极管续流二极管避免发生失控现象3、4为二极管VD3、VD4充当续流二极管单相桥式全控整流电路电阻负载阻感负载带反电动势的阻感负载Ud一样，只不过求Id的时候要减去反电动势E三相可控整流电路三相半波可控整流电路三相桥式可控整流电路变压器漏感对整流电路的影响大功率可控整流电路双反星形多重化整流移相多重联结：减小谐波提高功率因数顺序控制：提高位移因数以提高功率因数有源逆变逆变概念直流发电机—电动机系统的电能流转逆变产生的条件逆变电路换流方式单相电压型逆变电路三相电压型逆变电路单相电流型逆变电路逆变电路多重化多重逆变电路串联多重：电压型逆变电路并联多重：电流型逆变电路多电平逆变电路飞跨电容型中点钳位型单元串联型直流直流变流电路降压斩波升压斩波升降压斩波Cuk斩波（输入、输出容易滤波的升降压斩波电路）交流交流变流电路子主题1子主题2子主题3PWM控制技术PWM逆变电路（主要）电路类型PWM电压型逆变电路PWM电流型逆变电路PWM多重化逆变电路控制方法/PWM生成方法计算法调制法单极性调制:开关次数少，谐波含量小，控制复杂双极性调制:开关次数多，谐波含量大，控制简单同步调制异步调制自然采样法低频异步调制高频同步调制规则采样法特定谐波消去法SHEPWM跟踪控制法滞环比较法三角波控制法衡量PWM控制方式的基本指标开关次数线电压控制方式可以减少开关次数谐波含量双极性调制的单相桥式谐波频率三相桥式谐波频率线电压控制方式可以使输出线电压不含低次谐波直流电压利用率采用梯形波作为Ur线电压控制方式在Ur上叠加三次谐波（鞍形波:)或直流分量或三倍频于正弦波的信号PWM整流电路电路类型电流型电压型控制方法间接电流控制直接电流控制软开关技术。
PWM整流电路工作原理
PWM整流电路的原理分析摘要:无论是不控整流电路，还是相控整流电路，功率因数低都是难以克服的缺点.PWM整流电路是采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路，本文以《电力电子技术》教材为基础，详细分析了单相电压型桥式PWM整流电路的工作原理和四种工作模式。
通过对PWM整流电路进行控制，选择适当的工作模式和工作时间间隔，交流侧的电流可以按规定目标变化，使得能量在交流侧和直流侧实现双向流动，且交流侧电流非常接近正弦波，和交流侧电压同相位，可使变流装置获得较高的功率因数。
1 概述传统的整流电路中，晶闸管相控整流电路的输人电流滞后于电压，其滞后角随着触发角的增大而增大，位移因数也随之降低。
同时输人中谐波分量也相当大，因此功率因数很低。
而二极管不控整流电路虽然位移因数接近于1，但输人电流中谐波分量很大，功率因数也较低。
PWM整流电路是采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路，它能在不同程度上解决传统整流电路存在的问题。
把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就形成了PWM整流电路。
通过对PWM整流电路进行控制，使其输人电流非常接近正弦波，且和输人电压同相位，则功率因数近似为1。
因此，PWM整流电路也称单位功率因数变流器。
参考文献［1］在第6章“PWM控制技术”中增添了“PWM整流电路及其控制方法”这一部分内容。
但在PWM整流电路的工作原理中介绍篇幅较少，只是针对PWM整流电路的运行方式相量图进行分析，没有分析其工作过程。
对PWM 整流电路不熟悉的教师在了解这部分内容时普遍感觉吃力。
1 单相电压型桥式PWM整流电路电压型单相桥式PWM整流电路最早用于交流机车传动系统，为间接式变频电源提供直流中间环节，其电路如图I所示。
每个桥臂由一个全控器件和反并联的整流二极管组成。
L为交流侧附加的电抗器，在PWM整流电路中是一个重要的元件，起平衡电压、支撑无功功率和储存能量的作用。
为简化分析，可以忽略L的电阻。
图 1 电压型单相桥式PWM整流电路除必须具有输人电感外，PWM整流器的电路结构和PWM逆变电路是相同的。
逆变整流的基本原理
逆变整流的基本原理逆变整流（Inverter Rectifier）是一种将直流电转换为交流电的器件，它能够将特定电压和电流的直流电源转化为与其频率和幅值相匹配的交流电。
逆变整流器通常由一对晶体管、功率电阻和滤波电感组成，通过适当的控制及信号调节电路，可以将电源频率和幅值转变为所需的输出频率和幅值。
逆变整流器的基本原理如下：1. 逆变：逆变整流器首先将直流电源通过逆变电路转换为交流电源。
逆变电路由晶体管组成，每个晶体管有一个开关控制电路，通过不同的开关控制方式可以实现不同的输出波形。
2. 整流：逆变整流器通常还包括整流电路，用于将逆变产生的交流电源转换为纯直流电源。
整流电路通常由二极管组成，利用二极管的导通和截止特性将交流电转换为直流电。
3. 滤波：逆变整流器还需要一个滤波电路来滤除转换过程中产生的交流干扰，以提供一个稳定的直流输出电压。
滤波电路通常由电感和电容组成，通过其特性对交流电进行滤波，减小纹波。
4. 控制：逆变整流器的输出频率和幅值通常需要被控制调节。
控制电路通常使用脉宽调制（PWM）技术，通过调整晶体管导通时间来实现对逆变整流器的输出电压和频率的控制。
逆变整流器的工作过程如下：1. 输入电流：逆变整流器的输入电流通常是直流电源，例如电池、太阳能电池板等。
2. 输入滤波：输入电流经过滤波电路，去除电源输入端的噪声和纹波。
3. 逆变：经过输入滤波后的直流电流进入逆变电路，逆变电路将直流电流转换为相应频率和幅值的交流电流。
4. 整流：逆变产生的交流电立即通过整流电路，将其转换为纯直流信号。
5. 输出滤波：从整流电路输出的直流信号进入输出滤波电路，滤波电路将纹波电流进行滤除、去噪，以获得更为稳定的输出电流。
6. 控制：逆变整流器的控制电路根据所需的输出电压和频率，通过对逆变电路的晶体管开关控制，调整输出波形。
逆变整流器的应用广泛，例如在UPS（不间断电源）、太阳能发电系统和电动汽车中都有应用。
三相桥式PWM逆变电路设计
三相桥式PWM逆变电路设计一、设计原理三相桥式PWM逆变电路主要由桥式整流器、滤波器和逆变器三部分组成。
首先，桥式整流器将输入的交流电源转换为直流电源，然后通过滤波器对直流电进行滤波，使其变为平滑的直流信号。
最后，逆变器将平滑的直流信号通过逆变操作转换为所需的交流输出信号。
在逆变过程中，PWM技术（脉冲宽度调制）被应用于控制逆变器开关管的开关动态。
PWM技术通过调整开关管的导通时间和非导通时间，控制输出波形的频率和幅值，从而实现对输出电压的精确控制。
脉冲宽度与输出电压大小成正比，因此可以通过改变脉冲宽度比例来调节输出电压的大小。
二、关键步骤1.选择合适的开关管：逆变电路中使用的开关管需要能够承受高电压和高电流，并具有快速开关速度和低开关损耗。
常用的开关管有IGBT（绝缘栅双极型晶体管）和MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）等。
2.确定工作频率：逆变器的工作频率决定了逆变器的输出波形的周期。
工作频率一般选取在几KHz到几十KHz之间。
3.设计PWM控制电路：通过选择合适的控制器（如DSP、FPGA或微控制器）和编程，实现对逆变电路的脉冲宽度调制控制。
根据输出电压的需求和开关管的性能参数，计算脉冲宽度的比例关系。
4.设计滤波器：滤波器的作用是将逆变器输出的脉冲波形平滑为纯正弦波形，以降低输出谐波和滤除高频噪声。
滤波器一般由电感和电容组成，其设计需要根据输出电压的需求和带宽进行计算。
5.功率管的散热设计：功率管在工作过程中会产生热量，需要进行有效的散热设计，以保证逆变电路的稳定和可靠性。
散热设计主要包括散热器的选择和散热风扇的设计。
6.过流和过压保护：逆变电路需要添加过流和过压保护电路，以防止过载和电路故障对设备和电源的损坏。
三、设计小提示1.合理选择开关管的型号和参数，避免过分浪费和过度损耗。
2.控制器的选择要考虑其计算能力和控制精度，以满足实际需求。
3.设计滤波器时要注意对过多谐波的抑制，以防干扰其他设备的正常运行。
(完整版)PWM控制技术(深度剖析)
第6章PWM控制技术主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。
重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。
难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。
基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM 逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。
PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
第3、4章已涉及这方面内容: 第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。
本章内容PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM整流电路1 PWM控制的基本原理理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
冲量指窄脉冲的面积。
效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理：分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
单相pwm逆变电路工作原理
单相pwm逆变电路工作原理
单相PWM逆变电路是一种将直流电转换为交流电的电路，其工作原理主要基于脉宽调制（PWM）技术。
在单相PWM逆变电路中，主要包含整流电路、逆变桥和控制电路等部分。
其中，整流电路用于将交流电转换为直流电，逆变桥则由多个功率开关器件（如IGBT、MOSFET等）组成，控制电路则负责生成PWM波形并控制功率开关器件的通断。
当控制电路输出PWM波形时，会控制逆变桥中的功率开关器件按照一定规律进行通断。
这样，就可以在逆变桥的输出端得到一系列幅值相等但宽度不同的脉冲电压。
这些脉冲电压经过滤波电路后，就可以得到平滑的正弦波或所需波形的交流电压。
具体来说，单相PWM逆变电路的工作过程可以分为以下几个步骤：
整流：将交流电源经过整流电路转换为直流电源。
逆变：通过控制逆变桥中功率开关器件的通断，将直流电源逆变为交流电源。
在这个过程中，控制电路会根据所需输出的交流电压的波形和频率，生成相应的PWM波形并控制功率开关器件的通断。
滤波：经过逆变后得到的交流电压是一系列脉冲电压，需要通过滤波电路进行平滑处理，以得到正弦波或所需波形的交流电压。
总之，单相PWM逆变电路是一种基于PWM技术的电力电子变换器，它可以将直流电转换为交流电，并具有输出电压稳定、波形好、效率高等优点。
PWM整流电路及其控制方法(ppt 61页)
◆为了防止上下两个臂直通而造成短路，在上下两
图7-8 三相桥式PWM逆变电路波形
臂通断切换时要留一小段上下臂都施加关断信号的 死区时间。
12
7.2.1 计算法和调制法
图7-9 特定谐波消去法的输出PWM波形
■特定谐波消去法 ◆是计算法中一种较有代表性的方法。 ◆如果在输出电压半个周期内开关器件开通和关断各k次，考虑到PWM波
图7-8 三相桥式PWM逆变电路波形 10
7.2.1 计算法和调制法
图7-7 三相桥式PWM型逆变电路
◆电路工作过程（U相为例） ☞当urU>uc时，上桥臂V1导通，下桥臂V4 关断，则U相相对于直流电源假想中点N’的 输出电压uUN’=Ud/2。 u☞UN当’=-uUrUd</2u。c时，V4导通，V1关断，则 ☞V1和V4的驱动信号始终是互补的。 导☞通当，给也V可1(V能4)是加二导极通管信V号D时1(V，D可4)续能流是导V1通(V，4) 这要由阻感负载中电流的方向来决定。 ☞uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形都只有 ±Ud/2两种电平。
频段略有差异。 ◆实例 ☞将图7-1a、b、c、d所示的脉冲作为输入，加在图7-2a所示的R-L电路上，
设其电流i(t)为电路的输出，图7-2b给出了不同窄脉冲时i(t)的响应波形。
图7-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图7-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 3
7.1 PWM控制的基本原理
■用PWM波代替正弦半波 ◆将正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲宽度
图7-8 三相桥式PWM逆变电路波形 11
7.2.1 计算法和调制法
图7-7 三相桥式PWM型逆变电路
pwm的逆变原理
pwm的逆变原理
PWM逆变原理
PWM逆变原理是指通过对PWM信号进行逆变操作，将直流
电源转换为交流电源的一种技术。
在实际应用中，逆变器常被用于太阳能发电系统、电动汽车、UPS电源等领域。
PWM逆变原理的基本思想是利用高频开关管将直流电源的电
量分时段快速开关，通过改变开关管导通比例及时序来控制输出电压的波形。
具体实现时，需要先将直流电源经过整流电路获得稳定的直流电压，然后经过PWM控制电路控制开关管的
导通与断开。
在逆变过程中，PWM信号的高电平和低电平分别控制了开关
管的导通和断开。
高电平时，开关管导通，直流电源输出给负载；低电平时，开关管断开，直流电源不与负载相连接。
通过调整PWM信号的高电平和低电平的占空比，可以控制输出电
压的大小以及频率。
逆变器的输出电压可以是单相交流电、三相交流电，甚至是多相交流电，具体配置根据不同应用场景而定。
逆变器不仅可以将直流电源转变为交流电源，还可以实现对输出电压的调节，满足不同负载要求。
总而言之，PWM逆变原理是通过对PWM信号进行逆变操作，将直流电源转换为交流电源。
通过对PWM信号的高电平和低
电平进行控制，可以实现对输出电压的调节。
第六章 PWM控制技术
6.2.1
计算法和调制法
V1 C U N'
Ud 2
双极性PWM控制方式（三相桥逆变） 控制方式 三相桥逆变） 双极性
Ud 2
+
VD1 V3 V
VD 3 V5 VD6 W V2
VD 5 N VD 2
+
C
V4 VD4 V 6
u rU u rV u rW uc
调制 电路
图6-7 三相桥式PWM型逆变电路
u
PWM控制技术 控制技术 重要理论基础
• 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
O
u
> ωt
面积等效原理
O
> ωt
3
6.1
PWM控制的基本原理 PWM控制的基本原理
Ud O -U d
• 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：
ωt
• 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。
21
10
20
30
40 f r /Hz
50
60
70
80
图6-11 分段同步调制 方式举例
15
6.2.3
规则采样法
Tc u uc A D B O tA tD tB t ur
自然采样法： 自然采样法： 按照SPWM控制的基本原理 按照 控制的基本原理 产生的PWM波的方法 波的方法，其求解 产生的 波的方法 复杂，难以在实时控制中在线计 算，工程应用不多 规则采样法特点 工程实用方法，效果接近自 然采样法，计算量小得多
6.2.2
异步调制和同步调制
2. 同步调制 ——载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时 使载波与信号波保持同步，即N等于常数。
PWM控制原理
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
《电力电子技术》校级精品课
第六章 PWM技术
一. 计算法和调制法
5.特定谐波消去法 (Selected Harmonic Elimination PWM— SHEPWM)
这是计算法中一种较有 代表性的方法。 输出电压半周期内，器 件通、断各3次（不包 括0和π），共6个开关 时刻可控。 为减少谐波并简化控制， 要尽量使波形对称。
一. 计算法和调制法
u
O u UN'
U d 2 U d 2 Ud 2 Ud 2 Ud 2
? t
O
?
? t
当urU>uc时，给V1导通信号， 给V4关断信号，uUN’=Ud/2。 当urU<uc时，给V4导通信号， 给V1关断信号，uUN’=-Ud/2。 当给V1(V4)加导通信号时，可 能是V1(V4)导通，也可能是 VD1(VD4)导通。 uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形 只有±Ud/2两种电平。 uUV波形可由uUN’-uVN’得出， 当1和6通时，uUV=Ud，当3和4 通时，uUV=－Ud，当1和3或4 和6通时，uUV=0。
PWM (Pulse Width Modulation)控制就是 脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲的宽度 进行调制，来等效的获得所需要的波形（含 形状和幅值)。
第三、四章已涉及到PWM控制，第三章直流 斩波电路采用的就PWM技术；第四章的第一 节斩控式调压电路和第四节矩阵式变频电路 都涉及到了。
龙岩学院物理与机电学院电气教研组
2
《电力电子技术》校级精品课
第六章 PWM技术
第六章 PWM控制技术• 引言
PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得 实现PWM控制变得十分容易。 PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大 大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要 的地位。
第4章有源逆变电路和PWM整流电路
整流输出电压/电流的计算：
•
3 B I d 3 B I d U d 1.17U 2 cos a 1.17U 2 cos a 2 2
（4-3）
Id=（Ud-E)/R
（4-4）
------Ud为负值 Id为正值（注意代入公式时E为负值）
2.三相全控桥式整流电路
u2 ua ub uc ua ub uc ua ub uc ua ub
2、单相PWM整流器模型及原理分析
PWM整流器的模型电路由交流回路、功率开关管桥路以及直流回路组 成。其中，交流回路包括交流电动势e以及网侧电感L等；直流回路包括负 载电阻RL及负载电动势eL等；功率开关管桥路可由电压型或电流型桥路组 成。 不计功率开关管桥路的损耗时，由交、直流侧的功率平衡关系得：
O
wt = = 4
ucb uab uac ub c ub a uca
3
= 6
ucb uab uac ub c ub a uca ucb uab uac ub c
ud uab uac ub c ub a uca
w t1 w t2 w t3
O
wt
=
3
= 4
= 6
3. 逆变产生的条件
1 0 u10 u20 VT2 2 ud iVT u20
2
VT1 iVT
1
L ud ç Ä µ Ü id R + M EM ud Ud>EM u10
1 0
VT1 iVT VT2
1
L ud ç Ä µ Ü iVT
2
id
R M EM +
2 u20
a
u10
u10
u10
O id=iVT +iVT
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1 PWM 整流电路系统模型及工作原理分析系统模型是分析和设计三相VSR 的基础，从不同的角度出发可以建立不同形式的系统模型，对应的控制方法也往往不同。
VSR 的拓扑结构常见有：单相VSR 、三相VSR 、三电平VSR 和基于软开关调制的VSR 。
单相VSR 的结构比较简单，故以单相VSR 为例说明电压型PWM 整流器的工作原理。
本章主要研究三相VSR 的系统模型和工作原理。
1.1 单相电压型PWM 整流器工作原理图1.1给出了PWM 整流电路的相量图，其中N U .表示电网电压，s U .表示PWM 整流电路输入的交流电压，L U .为连接电抗器s L 的电压。
图中滞后的相角为ϕ，.s I 与.s U 的相位完全相同，电路工作在整流状态，且功率因数为1。
这就是PWM整流电路的基本工作原理[11]。
N.U .LU .图1.1 单相PWM 整流电路的向量图图1.1中的单相VSR 主电路由交流回路、功率开关管桥路以及直流回路组成；忽略电感和功率开关管桥路的等效损耗电阻。
其中交流回路包括交流电压e 以及网侧电感re L 等；直流回路包括直流电容C 、负载电阻R L 和负载电压L e 等。
LR Le图1.1 单相VSR主电路稳态工作时，单相VSR输出直流电压不变，功率开关管按PWM方式开通和关断，单相VSR交流侧输出电压与单相逆变器相同。
由于电感的滤波作用，忽略VSR交流侧输出电压的谐波，单相VSR可以看作是可控的正弦单相电压源。
它与电网的正弦电压共同作用于输入电感reL上，产生正弦输入电流。
稳态条件下，单相VSR交流侧矢量关系如图1.3所示。
为简化分析，对于单相VSR模型电路，只考虑基波分量而忽略PWM谐波分量，并且不计交流侧电阻。
这样从图1.3中可以分析：当以电网电压矢量为参考时，通过控制单相VSR交流侧输出电压矢量V即可实现单相VSR的四象限运行。
若假设I不变，L reV=ωL I固定不变，在这种情况下，单相VSR交流电压矢量V端点运动轨迹构成了一个以LV为半径的圆。
（a）（b）CI（c）（d）图1.3 单相VSR交流侧稳态矢量关系其中，E为交流电网电压矢量，I为交流侧电流矢量，V L为交流侧电感电压矢量，V为VSR交流侧电压矢量。
进一步分析，可得单相VSR四象限运行规律如下：（1）电压矢量V端点在圆轨迹弧⋂AB运动时，单相VSR运行于整流状态。
此时，单相VSR需从电网吸收有功及感性无功功率，电能将通过单相VSR由电网传输至直流负载。
值得注意的是，当单相VSR运行在A点运行时，电流矢量I 与电动势E滞后ο90，此时PWM整流器网侧呈现纯电感特性，单相VSR则不从电网吸收有功功率，而只从电网吸收感性无功功率，如图 1.3（a）所示。
而在B点时，电流矢量I与电动势矢量E平行且同向，此时PWM整流器网侧呈现正电阻特性，实现单位功率因数整流控制，如图1.3（b）所示。
（1）当电压矢量V端点在圆轨迹弧⋂BC运动时，单相VSR运行于整流状态。
此时，单相VSR需从电网吸收有功及容性无功功率，电能将通过单相VSR由电网传输至直流负载。
当单相VSR运行至C点时，电流矢量I与电动势E超前ο90，此时PWM整流器网侧呈现纯电容特性，单相VSR将不从电网吸收有功功率，而只从电网吸收容性无功功率，如图1.3（c）所示。
（3）当电压矢量V端点在圆轨迹弧⋂CD运动时，单相VSR运行于有源逆变状态。
此时单相VSR向电网传输有功及感性无功功率，电能将从单相VSR直流侧传输至电网。
当单相VSR运行至D点时，电流矢量I与电动势矢量E平行且反向，此时PWM整流器网侧呈现负阻特性，便可实现单位功率因数有源逆变控制，如图1.3（d）所示。
（4）当电压矢量V端点在圆轨迹弧⋂DA运动时，单相VSR运行于有源逆变状态。
此时，单相VSR向电网传输有功及容性无功功率，电能将从单相VSR直流侧传输至电网。
显然，要实现单相VSR四象限运行，关键在于交流网侧电流控制。
对于单位功率因数的单相VSR，必须控制交流网侧电流，使单相VSR运行在图1.3中的B 点和D点。
1.1 三相VSR系统模型三相VSR主电路结构如图1.4所示， T1~T6为整流器功率开关管，D1~D6为续流二极管，在功率管不导通时，电流可以在二极管中续流。
dR dE dci图1.4 三相VSR 主电路结构三相VSR 的整流桥开关信号S k 做如下的定义：k 10S ⎧=⎨⎩上桥臂导通，下桥臂关断上桥臂关断，下桥臂导通（k=a ，b ，c ）为了分析的方便，做如下的假设：（1）电网输入为理想电源即三相电压平衡（e a 、e b 、e c 波形为幅值相等、相位相差ο120的理想正弦波）。
（1）网侧滤波电感re L 是线性的，不考虑饱和，而且各相电感大小和电阻阻值相等。
（3）功率管为理想开关，没有过渡过程和功率损耗，其通断状态可以由开关函数描述，而且不考虑死区对系统的影响。
（4）开关频率远大于电网频率，且忽略由开关引起的谐波。
1.1.1 基于三相静止坐标系的系统模型采用基尔霍夫电压定律建立三相VSR a 相回路方程为()a re a a aN No diL R i e U U dt +=-+（1.1） 当1T 导通而4T 关断时，a S =1，且aN dc U U =；当1T 关断而4T 导通时，开关函数a S =0，且aN 0U =，则aN dc a U U S =，由式（1.1）可改写成：()arere a a dc a No di L R i e U S U dt+=-+ （1.2） 同理，可得b 、c 相方程如下：()brere b b dc b No di L R i e U S U dt+=-+（1.3）()crere c c dc c No di L R i e U S U dt+=-+（1.4）考虑为三相无中线系统中，三相电流之和为零0a b c i i i ++= （1.5）在大多数情况下，三相电网基本平衡，存在0a b c e e e ++= （1.6）联立式（1.1）~（1.6）得：,,3dcNo kk a b cU U S ==-∑（1.7）又，直流侧电流dc i 与进线电流存在如下关系：dc a a b b c c i i S i S i S =++ （1.8）对直流侧电容正节点处应用基尔霍夫电流定律，得：dc dc d a a b b c c d dU C i i i S i S i S i dt=-=++- （1.9）综合式（1.1）~（1.4）、（1.7）和（1.9）得出三相VSR 在三相静止（a ，b ，c ）坐标系下的一般数学模型：()()()333a a c a rere a a a dca a cb re re b b b dca a c cre re c c c dc dc a a b b c c dS S S di L R i e S Udt S S S di L R i e S U dt S S S di L R i e S U dt dU C i S i S i S i dt⎧++⎛⎫=-+--⎪ ⎪⎝⎭⎪⎪++⎛⎫⎪=-+-- ⎪⎪⎝⎭⎪⎨++⎛⎫⎪=-+-- ⎪⎪⎝⎭⎪⎪=++-⎪⎪⎩（1.10） 这种一般数学模型具有物理意义清晰、直观等特点。
但在这种数学模型中，三相VSR 交流侧均为时变交流量，因而不利于控制系统设计。
1.1.1 基于两相旋转坐标系系统模型在三相静止坐标系下，a e 、b e 、c e 以及a i 、b i 、c i 存在耦合。
通过坐标变换可以简化系统模型，将三相静止坐标系abc 变换到两相同步旋转d-q 坐标系。
其中d 轴与三相电压合成矢量方向重合且以角速度ω逆时针同步，q 轴超前d 轴ο90。
变换分“等量”坐标变换和“等功率”坐标变换，本文所设计的变换均采用“等量”坐标变换。
所谓“等量”坐标变换，是指在某一坐标系中的通用矢量与变换后的另一坐标系中的通用矢量相等的坐标变换。
坐标系之间的关系如图1.5所示，图中E 为三相输入电压的合成矢量。
e E图1.5 坐标系abc 和d-q 坐标系之间的关系遵循等量变换的原则，上述变换关系可以用下面的变换矩阵描述：⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡︒+-︒---︒+︒-=-212121)120sin()120sin(sin )120(c )120cos(cos 3223θθθθθθos C rs（1.11）由此，可以得到在旋转两相坐标系中的电压、电流以及开关函数如下：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-c b a r s q d e e e C e e e 230 （1.11）320d a q s r b c i i i C i i i -⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦（1.13）320d a q s r b c S S S C S S S -⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦（1.14）根据式（1.11）和式（1.13），可得到三相VSR 在旋转两相d-q 坐标系下的系统模型为：32()232()2dre d re d re q d dc q re q re q re d q dc dcdc d d d q q d dc dc d d d q q d di L e R i L i S U dt di L e R i L i S U dt dU U E C S i S i dt R dU U E C S i S i dt R ωω⎧=++-⎪⎪⎪=++-⎪⎪⎨-⎪=-++⎪⎪-⎪=-+⎪⎩（1.15） 1.3 三相VSR 电流控制技术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。
三相VSR 电流控制的两个控制目标：稳定直流侧电压；实现网侧在受控功率因数（如cos 1ϕ=）工作。
为了实现第一个目标，控制系统中需控制直流侧电压，一般都采用电压闭环控制；对于第二个目标，则需通过控制网侧输入电流的幅值和相位来实现。
目前，根据在控制环中是否采用电流闭环，可以把三相VSR 的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。
1.3.1 VSR 间接电流控制间接电流控制实际上就是所谓的幅相电流控制（Phase and Amplitude Control ，简称PAC ）[13-15]。
通过PWM 控制，在VSR 桥路交流侧生成幅值、相位受控的正弦PWM 电压。
该PWM 电压与电网电动势共同作用于VSR 交流侧形成正弦基波电流，而谐波电流则由VSR 交流侧电感滤除。
这种控制方法没有引入交流电流控制信号，而是通过控制输入端电压间接控制输入电流，其结构图如图1.6所示。