La
uLa ea upa
φ ξ UPa
Ea
I
θ
UL
单相等效电路
直接电流控制
电流滞环控制 固定开关频率控制 电流矢量控制 状态反馈控制 无差拍控制 极点配置法 二次型最优控制 Lyapunov方法 非线性状态反馈控制……
共同特点: 有电流闭环，都具有不错的动、静态性能。 不过这些方案都需要两个宽带的交流电流传感器，有 的方案甚至还需要负载电流传感器。
双PWM交－直－交变频调速系统 对于功率因数很低的整流器，有两种改进方法： 最直接的方法是采用无功补偿和消除谐波的滤波器，然 而这是一种事后补救的办法。 更为积极有效的方法是对整流器本身进行改进，使其尽 量不产生谐波，且电流和电压同相位。这种整流器称为高 功率因数整流器。PWM整流器就是一种高功率因数的整 流器。
u*pq u*pd d,q a,b,c u*pa u*pb u*pc Ud U*d
PI
-
这种控制方法电流控制精度较高，不仅在稳态时能够精确 地跟踪电流指令，实现无静差，并且动态性能也较好。但其 控制算法比较复杂。

PWM整流器的优点 PWM整流器的拓扑结构 PWM整流器的应用领域 PWM整流器的工作原理 PWM整流器的控制 PWM整流器主电路参数选择 PWM整流器控制系统的实现
1. PWM整流器的优点 普通交－直－交变频调速系统
ARU INU Cf
ARU V0 INU Cf R0
R
-
+
+ ud R
L
+
负载
cos(ω t+2kπ /3) (k=0,1,2)
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，用数学的方法代替电流闭环作用。尽管它动态响应稍 慢，还存在瞬态直流电流偏移，但具有简单的控制结构和 良好的开关特性，便于微机实现，而且可靠性高。另外还 可省去两个高精度电流传感器。适用于对动态响应要求不 高场合，具有良好的工程实用价值。
d) 负电阻特性运行
5、PWM整流器的控制
PWM整流器的控制实际上是对交流侧电流的控制。
三相VSR的控制技术按有没有引入电流反馈可以划分为 间接电流控制（幅相控制）和直接电流控制
间接电流控制
三角波 u*d + ud id uR
PI
U sin(ω t1,2) XL
L i e v + vdc idc RL eL
-
图4 PWM整流器模型电路
D E VL
E A V
D
O’ V A I
O
C
O’
O VL B I
C
B
a) 纯电感特性运行
D E A V B O VL I C
b) 正电阻特性运行
I V O’ A E D VL O
O’
C
B
c) 纯电容特性运行 图5 PWM整流器交流侧稳态矢量关系
~
AC电源
~
AC负载 AC电源
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-交变频器结构图
缺点： 一，由于二极管的单向导电性能，能量只能单相传输，电机制动 的再生能量无法回馈给电网，四象限运行时需加制动回路。 二，网侧电流波形严重畸变，造成电网功率因数较低，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。
Ud
ia,b,c 滞环比较器 三相VSR
同步信号
电流矢量控制 电流矢量控制可以直接控制系统的有功功率和无功功率，它 的核心思想是对三相VSR网侧电流的有功、无功分量进行独 立控制。
三相VSR
~
L
ia,b,c a,b,c d,q Id I*d Iq 6 I*q=0 PI PI 解耦 算法 负载
PWM
L
+ C
d
统一潮流控制器
+
串联变流器
并联变流器
超导磁能存储
超导 线圈
太阳能、风能等可再生能源的并网发电
+
太阳电 池阵列
风力机 风力发 电机 G
+
其它功能（新型UPS、高压直流输电）
4、 PWM整流器的工作原理
单位功率因数的含义： 整流状态时，网侧电压、电流同相。 逆变状态时，网侧电压、电流反相。 PWM整流器网侧电流及功率因数可控。
传统的相控整流器虽然应用时间较长，技术也较 成熟，且被广泛使用，但仍然存在很多问题:
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。 闭环控制时动态响应相对较慢。 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；
它的不足还在于其直流电压的不可控性。
ARU INU Cf
~
AC电源
AC负载
图2 双PWM结构交直交变频器



PWM整流器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。把逆变电路中的 PWM 控制技术用于整流 电路，就形成了PWM整流电路。它的优势在于： 对交流电源侧，通过适当控制，可以使电网电流波形 接近于正弦，且和输入电压同相位，电网功率因数接 近于1 ，实现单位功率因数，最大程度地提高电网的 经济效益，减少电网对周围环境的电磁污染； 对直流侧，在电网电压或负载发生变化时，能够维 持直流中间电压的稳定，给电源侧逆变器提供良好的 工作条件； 可以实现牵引与再生制动工况间快速平滑地转换， 实现电能双向传输； 动态控制响应较快。
2、PWM整流器的拓扑结构
电压源型(VSR) 按主电路结构 电流源型(ISR) 两电平型整流器 从输出电平角度
直流脉动小，输入电流连 续且简单易行，成为当今 主要研究对象。
单相半桥 单相全桥 三相半桥 三相全桥 应用于大功率场合
三电平型整流器
T1
T3 C1
负 载
- +
us
L
C1
负 载
- +
us
L
滞环电流控制 是基于瞬时电流反馈的一种常用的非线性控制方式，将 实测的三相电流与参考信号比较，然后根据比较器的输 出决定开关的状态。 优点:电流跟踪精度高，响应快。 缺点:开关频率不恒定。开关频率的变化会给驱动保护电 路以及主电路的设计带来困难，对系统性能也有影响。
U*d
PI
I*m
-

i*a,b,c
T2
C2
T2
T4
C2
(a)单相半桥
Ua Ub Ra Rb La Upa Lb Lc Uc Rc
T1
T3
T5
(b)单相全桥
+
Rf -
a
Upb
b Upc
Udc
Cf
c
T2
T4
T6
（C）三相半桥 图3常用单相和三相VSR变流器结构
3、PWM整流器的用途
交流传动
有源电力滤波及无功补偿
+
R 谐波 负载 C