第五讲-PWM-整流器课件.ppt

1、一、整流器现状一、整流器现状tnItnnItttIinnnddsin2sin14)5sin513sin31(sin4,5,3,1,5,3,12),5,3,1(22nnIIdncos9.0cos22cos11II一、整流器现状一、整流器现状2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4一、整流器现状一、整流器现状b)0iudqd2ti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRuda)b)u2udi20dqti2,u2,ud二、二、PWM整流器拓扑结构整流器拓扑结构 PWM整流器可以取得以下优良性能：整流器可以取得以下优

2、良性能：(1)网侧电流近似正弦波网侧电流近似正弦波(2)网侧功率因数控制网侧功率因数控制(如单位功率因数控制如单位功率因数控制)(3)电能双向传输，四象限运行电能双向传输，四象限运行(4)较快的动态响应较快的动态响应二、二、PWM整流器拓扑结构整流器拓扑结构二、二、PWM整流器拓扑结构整流器拓扑结构2022-12-261-7由交流回路、功率开关管桥路由交流回路、功率开关管桥路以及以及直流回路组成。直流回路组成。当不计功率开关管桥路损当不计功率开关管桥路损耗时，由交、直流侧功率平衡耗时，由交、直流侧功率平衡关系关系 通过模型电路交流侧的控制，就可以控制其直流侧，反通过模型电路交流侧的控制，就可以

3、控制其直流侧，反之也成立之也成立。PWM整流器模型电路dcdcivi u二、二、PWM整流器拓扑结构整流器拓扑结构电压源型整流器电压源型整流器电流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桥臂输入端电压为PWM调制脉冲序列。当开关频率足够高时，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。组成。二、PWM整流器拓扑结构 由于电感由于电感L具有的平衡和抑制高次谐波电流作用，因

4、而可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。缓冲桥臂脉冲序列中的无功功率，使网侧输入电流正弦化。直流侧电容可滤除直流电流中高次谐波分量，直流分量流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。功率因数。单相单相PWM整流电路整流电路三、PWM整流器工作原理 这说明这说明PWM整流电路可实现能量正反两方向流动，即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；既可以运行在整流状态，从交流侧

5、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。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。对于需再生制动的交流电动机调速系统很重要。三、PWM整流器工作原理 要实现要实现PWM整流器的四象限运行，关键在于网侧电流整流器的四象限运行，关键在于网侧电流的控制。一方面，可以通过控制的控制。一方面，可以通过控制PWM整流器交流侧电压，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来间接控制其网侧电流；另一方面，

6、也可通过网侧电流的闭环控制，直接控制环控制，直接控制PWM整流器的网侧电流。整流器的网侧电流。三、PWM整流器工作原理单相单相PWM整流电路整流电路电感升压作用电容稳压作用三、三、PWM整流器工作原理整流器工作原理单相单相PWM整流电路整流电路单极性调制单极性调制 三值开关函数三值开关函数三、三相三、三相PWM整流器工作原理整流器工作原理负载负载）（导通、导通、cbajDVVVDVsjjjjj,01三相三相PWM整流电路整流电路三、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a相开关函数波形a相电压波形直流

7、输出电压波形a相电流波形四、三相PWM整流器数学模型在建立三相在建立三相VSR数学模型过程中，一般做以下假设：数学模型过程中，一般做以下假设：电网电动势为三相平衡正弦电动势电网电动势为三相平衡正弦电动势 ；电源的电源的A、B、C三相电路的等效电阻均为三相电路的等效电阻均为R；三相电；三相电路的等效电感值均为路的等效电感值均为L，且线性不考虑饱和。，且线性不考虑饱和。开关器件皆为理想器件；开关器件皆为理想器件；为描述为描述VSR能量的双向传输，三相能量的双向传输，三相VSR其直流侧负载其直流侧负载由电阻和直流电动势串连表示；由电阻和直流电动势串连表示；忽略开关死区时间。忽略开关死区时间。cbae

8、ee、三相三相VSR一般数学模型的建立可采用以下两种形式：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。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。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()aaaaNNOdiLRievvdtaNdcavu s0()aaadcaNdiLRieu svdt0abceee0abciii 0,()33aNbNcNdcNkk a b cvvvuvts 三相平衡则dcaab bc cii si si sdcdcLa ab bc cLduueCs is is idtR四、三相PWM整流器数学模型()a

9、aaaNNOdiLRievvdtaNdcavu s0()aaadcaNdiLRieu svdt0abceee0abciii 0,()33aNbNcNdcNkk a b cvvvuvts 三相平衡则dcaab bc cii si si sdcdcLa ab bc cLduueCs is is idtRLdccbakkkdccbajjkdckkkRusidtduCssueRidtdiL,31四、三相PWM整流器数学模型 LdccbakkkdccbajjkdckkkRusidtduCssueRidtdiL,31,100()3100()3100()31/akk a b cbkk a b cckk a

10、b cabcLRssRssARsssssR000000000000LLZLC1000010000101000LBR ,TabcdcXi i i u,TabcLEe e e e,ZXAXBE四、三相PWM整流器数学模型 2022-12-261-22三相VSR低频数学模型 1cossin21nsknkktnndnds应用傅立叶变换：,1,100()3100()3100()31/akk a b cbkk a b cckk a b cabcRddRddARdddddRBEXAX111 1 1 1 1CLLLdiagB低频数学模型：四、三相PWM整流器数学模型 2022-12-261-23采用开关函数描

11、述的一般数学模型是对VSR开关过程的精确描述，较适合于VSR的波形仿真。采用开关函数描述的VSR一般数学模型，当VSR开关频率远高于电网基波频率时，为简化VSR的一般数学描述，可忽略VSR开关函数描述模型中的高频分量，即只考虑其中的低频分量，从而获得采用占空比描述的低频数学模型，用于指导控制器设计四、三相PWM整流器数学模型 VSR交流侧均为时变交流量，因而不利于控制系统的设计，交流侧均为时变交流量，因而不利于控制系统的设计，可以通过坐标变换将三相对称静止坐标系，在转换成以电网基可以通过坐标变换将三相对称静止坐标系，在转换成以电网基波频率同步旋转的坐标系。波频率同步旋转的坐标系。经坐标旋转变换

12、后，三相对称静止坐标系中的基波正弦量经坐标旋转变换后，三相对称静止坐标系中的基波正弦量将转换成同步旋转坐标系中的直流变量，从而简化了控制系统将转换成同步旋转坐标系中的直流变量，从而简化了控制系统的设计。的设计。三相静止坐标系中的三相三相静止坐标系中的三相VSR一般数学模型经同步旋转坐一般数学模型经同步旋转坐标变换后，即转换成三相标变换后，即转换成三相VSR模型模型 四、三相PWM整流器数学模型1）关于坐标变换)120cos()120cos(cos00qqqmcmbmaIiIiIicbaiiiii232302121132四、三相PWM整流器数学模型1）关于坐标变换qqqqiiCiiiirsqd2

13、2cossinsincos四、三相PWM整流器数学模型 根据“等功率”坐标变换原则，利用三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换矩阵：LdcdcRusisidtduCuRiedtdiLuRiedtdiL)(23()aaaaNNOdiLRievvdt四、三相PWM整流器数学模型三相VSR在同步旋转坐标系下的数学模型 根据同步旋转变换矩阵，把两相静止坐标系变换到两相同步旋转坐标系：LdcddqqqqdddddqqRusisiuCuLiRiedtdiLuLiRidtdiL23dtddc四、三相PWM整流器数学模型三相VSR在同步旋转坐标系下的数学模型 LdcddqqqqdddddqqRusisiuCuL

14、iRiedtdiLuLiRidtdiL23dtddc PWM整流电路控制基本思想是：通过PWM调制控制功率开关管的通断状态，使输入电流接近正弦波而消除电流谐波，且电流和电压相位可任意控制，实现高功率因数。为了实现网侧任意功率因数控制，其关键技术问题是研究网侧电流控制策略。高性能的控制策略主要分为两大类：电流控制和直接功率控制五、PWM整流器控制策略1.间接电流控制间接电流控制负载负载五、PWM整流器控制策略2.直接电流控制直接电流控制-滞环控制滞环控制负载负载五、PWM整流器控制策略2.直接电流控制-滞环控制负载负载 滞环电流控制的优点是：硬件电路简单；属于实时控制方式，电流响应很快；不需要载

15、波，输出电压中不含特定频率的谐波分量；属于闭环控制，若滞环的宽度固定，则电流跟踪误差范围固定。其缺点是开关频率不固定，因而对开关器件造成的应力较大。五、PWM整流器控制策略2.直接电流控制直接电流控制-SVPWM控制控制五、PWM整流器控制策略负载负载2.直接电流控制-SVPWM控制）（导通、导通、cbajDVVVDVsjjjjj,01)()(00tvvtvNaNa()()()()3aNbNcNNOvtvtvtvt djjNustv)(dcbaaussstv32)(0五、PWM整流器控制策略负载负载2.直接电流控制-SVPWM控制五、PWM整流器控制策略负载负载2.直接电流控制-SVPWM控制

16、)()()(000NcNcccNbNbbbNaNaaavveRidtdiLvveRidtdiLvveRidtdiL三相PWM整流器数学模型)()()(000NcdcccNbdbbbNadaaavsueRidtdiLvsueRidtdiLvsueRidtdiLcbakkdcNbNaNNsuvvvtv,033)(ReuiSiSiSdtduCLdccbbaad五、PWM整流器控制策略负载负载2.直接电流控制-SVPWM控制三相PWM整流器数学模型 10000100001000011311003110031100,LcbaLdcbacbacbakkcscbakkbscbakkasdcbaeEEECRL

17、LLuiiiRCCsCsCsssLLRssLLRssLLRpupipipi五、PWM整流器控制策略SVPWM控制结构五、PWM整流器控制策略2.直接电流控制-SVPWM控制五、PWM整流器控制策略六、PWM整流器应用静止无功发生器静止无功发生器六、PWM整流器应用静止无功发生器静止无功发生器六、PWM整流器应用静止无功发生器静止无功发生器六、PWM整流器应用静止无功发生器静止无功发生器六、PWM整流器应用双双PWM变频器变频器通用变频器电路结构双双PWM变频器变频器双PWM变频器电路结构六、PWM整流器应用六、PWM整流器应用有源电力滤波器有源电力滤波器六、PWM整流器应用有源电力滤波器有源电力滤波器 PWM整流电路控制方法 SVPWM控制技术及其应用 软开关技术及其应用 小功率开关电源原理及设计 电力电子技术光伏发电系统中的应用及原理 电力电子技术在交流调速方面的应用及原理 电力电子技术在直流电源中的应用及原理 电力电子技术在电能质量控制方面的应用 有源电力滤波器原理 双PWM变频器原理及发展 电力电子技术在其他方面的应用