第五章 PWM整流电路
pwm整流电路原理

pwm整流电路原理
PWM整流电路是一种常见的电子电路,用于将脉宽调制(PWM)信号转换为直流信号。
它可以有效地将高频脉冲信
号转换为平滑的直流电压输出。
整流电路的核心部分是二极管桥。
二极管桥由四个二极管组成,通常是正向导通的。
当PWM输入信号的脉冲高电平时,二极
管桥的两个对角线上的二极管导通,从而将信号的正半周期传导到输出端。
当PWM输入信号的脉冲低电平时,二极管桥的
另外两个对角线上的二极管导通,从而将信号的负半周期传导到输出端。
在整流电路中,输出端通常连接一个滤波电路,以减小输出端的纹波电压。
滤波电路由电容和电感组成,可以将输出端的脉冲信号滤除,从而获得较为平滑的直流电压输出。
整流电路还可以通过PWM信号的调制比例来控制输出端的电
压大小。
调整PWM信号的高电平时间与低电平时间的比例可
以改变整流电路的输出电压。
通过调节PWM信号的占空比,
整流电路可以实现电压的控制功能。
综上所述,PWM整流电路通过二极管桥和滤波电路将脉宽调
制信号转换为直流信号。
它广泛应用于电子设备中,如电源供应器、直流电动机控制等领域。
PWM整流电路的原理及控制

PWM整流电路的原理及控制
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,使其输入电流非常接近正弦波,且和输入电压同相位,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。
1.单相PWM 整流电路
单相桥式PWM 整流电路如单相桥式PWM 整流电路按升压斩波原理工作。
当交流电源电压时,由VT2、VD4、VD1、Ls 和VT3、VD1、VD4、Ls 分别组成两个升压斩波电路。
以VT2、VD4、VD1、Ls 构成的电路为例,当
VT2 导通时,通过VT2、VD4 向Ls 储能;当VT2 关断时,Ls 中的储能通过VD1、VD4 向直流侧电容C 充电,致使直流电压高于的峰值。
当时,则由VT1、VD3、VD2、Ls 和VT4、VD2、VD3、Ls 分别组成两个升压斩波电路,工作原理与时类似。
由于电压型PWM 整流电路是升压型整流电路,其输出直流电压应从交流电压峰值向上调节,向低调节会恶化输入特性,甚至不能工作。
输入电流相对电源电压的相位是通过对整流电路交流输入电压的控制来实现调节。
2
2.三相PWM 整流电路
三相桥式PWM 整流电路结构如
PWM 整流电路的控制
为使PWM 整流电路获得输入电流正弦且和输入电压同相位的控制效果,。
PWM整流工作原理

PWM整流工作原理1.开关电源:PWM整流电路由一对开关电路组成,通常是MOSFET或IGBT(绝缘栅双极晶体管)。
2.控制信号:通过其中一种控制算法,将输入的直流电源信号转换为控制开关的PWM信号。
控制算法通常基于反馈控制,可以使用PID(比例积分微分)控制器或其他控制算法。
3. PWM信号:PWM信号是脉冲信号,其占空比(Pulse Width)根据控制算法的输出变化。
占空比是指PWM信号高电平持续的时间与一个周期内总时间的比例。
通过调整占空比,可以控制开关电路的导通和断开时间。
4.输出滤波:PWM信号通过一个滤波电路,将其转换为平滑的直流输出。
滤波电路通常是一个电感和电容的组合,用于滤除PWM信号中的高频噪声。
5.输出电压:整流电路将滤波后的PWM信号转换为输出电压。
当PWM信号高电平时,开关电源导通,将直流电源的电能储存在电感中。
当PWM信号低电平时,开关电源断开,电感中储存的能量被转移到输出电容上,供电给负载。
6.负载控制:输出电压经过调整和稳压电路控制,以保持恒定的输出电压。
控制电路根据负载的变化,调整PWM信号的占空比,以保持输出电压的稳定性。
1.高效性:PWM整流技术可以通过准确控制开关的导通和断开时间,最大限度地减少功率损耗,并提高整流电路的效率。
2.精确控制:PWM信号的占空比可以很容易地调整,以实现对输出电压的精确控制。
由于PWM整流技术可提供高频开关特性,因此调整输出电压的响应速度非常快。
3.可靠性:PWM整流电路中的开关元件通常由可靠的MOSFET或IGBT 组成,其寿命较长。
此外,PWM整流技术还具有较少的电磁干扰和噪声。
4.小尺寸:由于高效性和精确控制的特性,PWM整流电路可以使用较小的电感和电容组件,从而减小整流电路的体积。
5.可调度:PWM整流技术可以适应各种负载变化,通过调整占空比,以保持稳定的输出电压和电流。
总之,PWM整流工作原理是基于PWM信号控制开关导通和断开时间,实现高效的切换电流输出。
第5章 PWM整流电路

5.3.2 含Flyback APFC的PWM整流电路
图5-11 图5-10电路在DCM模式下的电量波形
2.按CCM模式工作的情况分析
5.4 电压型单相桥式PWM整流电路
第5章 PWM整流电路
在应用中构成直流电源装 置,是公共电网与电电力 电子装置的接口电路。
• 旋转式变流机组(交流电动机 - 直流发电机 组。 • 静止式离子整流器(由充气闸流管或汞弧 整流管等离子器件构成)。 • 静止式半导体整流器(由各式半导体功率 器件组成)。
• 相控式整流电路属于低频电路。 • PWM整流电路属于高频电路。
5.3电压单相单管PWM整流电路
5.3.1含Boost APFC的PWM整流电路
5.3.2 含Flyback APFC的PWM整流电路
1.按DCM模式工作的情况分析
图5-10 含Flyback APFC的PWM整流电路 1—电压调节器 2—标量乘法器 3—振荡器 4—SPWM比较器 5—反相器 6—锁存器 7—驱动器 CT—电流互感器
5.1.1整流电路的理想状态
• 1、网侧功率因数=1。 • 2 、 输 出 电 压 u0≡U0( 电 压 型 ) 或 输 出 电 流 i0≡I0(电流型)。 • 3、具有双向传递电能的能力。 • 4、能实现输出电压的快速调节以保证系统 具有良好的动态性能。 • 5、具有较高的功率密度。 • 6、整流电路无内耗,即电路中所有元器件 均无损耗。
5.1.2传统整流电路存在的问题
• 1、网侧功率因数低; • 2、含有大量谐波,对电网危害很大; • 3、难于实现快速调节。
5.2.1倍流整流电路
5.2.2同步整流电路
1、对称型同步整流电路
同步倍流式整流电路
2、非对称型同步整流电路
PWM整流电路及其控制方法

PWM整流电路及其控制方法引言PWM(脉宽调制)技术是一种常用的电磁能源转换技术,广泛应用于各种电力电子设备中。
在电力转换中,如何实现高效率、低功率损失的能源转换一直是研究的热点之一。
PWM整流电路是一种典型的能源转换电路,它通过控制开关器件的导通时间来实现电源直流化的同时降低功率损耗。
本文将介绍PWM整流电路的基本原理、关键元件以及控制方法。
PWM整流电路的基本原理PWM整流电路主要由开关器件、滤波电容、感性元件和控制电路组成。
其基本原理是将输入交流电通过开关器件进行脉宽调制,从而获得平均值等于输出直流电压的脉冲电流。
通过滤波电容以及感性元件对脉冲电流进行平滑处理,得到稳定的直流输出电压。
开关器件的选择在PWM整流电路中,开关器件是实现脉宽调制的关键部件。
常见的开关器件有MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)和IGBT(绝缘栅双极型晶体管)两种。
MOSFET具有开关速度快、损耗小的特点,适用于低功率应用;而IGBT则适用于高功率应用,具有较高的承受电压和电流能力。
滤波电容和感性元件滤波电容和感性元件是PWM整流电路中的关键元件,它们的作用是对脉冲电流进行平滑处理。
滤波电容可以存储电荷并平滑输出电流,而感性元件则可以平滑输出电压。
合理选择滤波电容和感性元件的值可以在保证输出电压稳定的同时减小纹波电流和纹波电压。
控制方法PWM整流电路的控制方法主要有两种:固定频率控制和变频控制。
固定频率控制是指在整个转换过程中,开关器件的频率保持不变。
这种控制方法简单可靠,但效率较低。
变频控制是根据输出电压的需求,自适应地改变开关器件的频率,以提高整流效率。
变频控制方法相对复杂,但具有较高的效率和稳定性。
控制电路设计PWM整流电路的控制电路设计是实现控制方法的关键。
控制电路主要包括PWM生成电路和反馈控制电路。
PWM生成电路负责生成脉宽信号,控制开关器件的导通时间;反馈控制电路用于检测输出电压,并根据检测结果调整PWM信号以实现稳定的输出电压控制。
第5章 PWM整流电路(xin)

5.4.4 网侧功率因数λ=-1时的电路分析
图5-18 不同工作模式的等效电路(λ=-1) a)、b)工作模式Ⅰ c)、f)工作模式Ⅱ e)、d)工作模式Ⅲ
(1)电源沿LN短路(如图5-18a和b),
电感LN储能向电网反馈。
(2)有源负载的储能向电网和LN转移 (如图5-14c和d)。 (3)LN中的储能同时向负载和电网转 移(如图5-14e和f)。
3
5.1.2 传统整流电路存在的问题
1.网侧功率因数低 相控整流电路: cos 1 cos
(5-15)
不控整流电路加电容滤波: 0.6 ~ 0.7
图5-1 具有电容输入滤波的单相不控整流电路 a)的问题
2.谐波电流对电网的危害 ia
u S 1iN U S 1 I Nm sin(t ) sin t U0 U0 U S 1 I Nm cos cos(2t ) 2U 0
(5-85) (5-86) (5-87)
I 0 k I 0 L cos(2t )
式中:
I 0 k I 0 L cos I0L U S1 I Nm 2U 0
据图5-12得:
Uo ( S1S3 )0 (Ⅱ) us 0 ( S1S2 )0、(S3 S4 )0 (Ⅰ) 0 U ( S S ) (Ⅲ) o 2 4
(5-79)
图5-12 单相电压型PWM整流电路 a)全桥式结构主电路 b)等效电路 c)半桥式结构主电路
d)工作模式
5.4.1
桥式电路(全桥、半桥) 复合电路 单相电路 三相电路 直耦式电路 磁耦式电路
按输入输出间耦合方式
PWM整流电路
按工作范围 按输出滤波 按输出电压
单象限电路 多象限电路 电压型电路 电流型电路 低压电路 中高压电路 硬开关电路 软开关电路
pwm整流电路工作原理

pwm整流电路工作原理一、前言PWM整流电路是一种常见的电路,它主要用于将交流电转换为直流电。
本文将详细介绍PWM整流电路的工作原理。
二、PWM技术简介PWM技术是指通过改变信号的占空比来控制电源输出的一种技术。
在PWM技术中,周期保持不变,而占空比则可以根据需要进行调节。
当占空比为0时,输出为0;当占空比为100%时,输出为最大值。
三、PWM整流电路基本结构PWM整流电路包括三个部分:输入滤波器、PWM调制器和输出滤波器。
其中输入滤波器用于平滑交流输入信号;PWM调制器用于控制直流输出信号的大小;输出滤波器用于平滑直流输出信号。
四、输入滤波器输入滤波器主要由一个电容和一个电感组成。
它的作用是平滑交流输入信号,并减小噪声干扰。
当交流输入信号经过输入滤波器后,会变成一个近似直流的信号。
五、PWM调制器PWM调制器主要由一个比较器和一个三角形波发生器组成。
它的作用是根据需要改变直流输出信号的大小。
当三角形波发生器的输出电压高于比较器输入信号时,输出为高电平;当三角形波发生器的输出电压低于比较器输入信号时,输出为低电平。
通过改变三角形波发生器的频率和占空比,可以控制直流输出信号的大小。
六、输出滤波器输出滤波器主要由一个电容和一个电感组成。
它的作用是平滑直流输出信号,并减小噪声干扰。
当直流输出信号经过输出滤波器后,会变得更加平稳。
七、工作原理PWM整流电路的工作原理如下:1. 输入滤波器将交流输入信号平滑成近似直流的信号。
2. PWM调制器根据需要改变直流输出信号的大小。
3. 输出滤波器将直流输出信号平滑,并减小噪声干扰。
4. 最终得到符合要求的直流电源。
八、总结本文详细介绍了PWM整流电路的工作原理。
通过对输入滤波器、PWM调制器和输出滤波器等部分进行分析,我们可以更好地理解PWM整流电路是如何将交流电转换为直流电的。
PWM整流电路

R ia
Ua
(udc
Sa
uNO )
(9.8)
同理可得b相和c相的微分方程如下:
Ls
dib dt
R ib
Ub
(udc
Sb
uNO )
Ls
dic dt
R ic
Uc
(udc
Sc
uNO )
(9.9) (9.10)
9.3.1三相PWM整流器动态数学模型
对于三相平衡系统,有: U a U b U c 0 ,将式(9.8)、(9.9)、(9.10)变
将式(9.5)、式(9.6)代入式(9.4)得: Ls
Sa Sa 1
Rt Rs
dia dt
R
R ia
Ua
[(ia
Rt
U dc ) Sa ia
(9.7)
Rt
Sa
u NO
]
同一桥臂上下开关不能同时导通,即 Sa Sa 1,同时约定Rt Rs R ,则式
(9.7)可写为:
Ls
dia dt
9.3.1三相PWM整流器动态数学模型
对a相电路,有:
Ls
dia dt
Rs
ia
Ua
(uAN
uNO )
(9.4)
设 R1 为IGBT的等效电阻,当上桥臂开关导通,且下桥臂开关关断时,有:
u AN ia Rt udc
(9.5)
当下桥臂导通,上桥臂关断时有:
u AN ia Rt
(9.6)
种拓扑结构中以多个功率开关串联使用,并采用二极管箱位以 获得交流输出电压的三电平调制,因此,三电平 VSR 在提高 耐压等级的同时有效的 降低了交流侧谐波电压
、电流,从而改善了其
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5.1 现代整流电路概述
整流电路的定义 凡能直接将交流电能转换为直流电能 的电路泛称为整流电路, 的电路泛称为整流电路,在应用中构成直 流电源装置. 流电源装置.它的前端与公共交流电网相 它的后端与(负载)相接. 接,它的后端与(负载)相接. 由于交流电能大多数来自公共电网,因 由于交流电能大多数来自公共电网, 而整流电路是公共电网与电力电子装置的 接口电路, 接口电路,其性能将影响电网的运行和电 能质量。 能质量。
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PWM整流电路并可分类如下 PWM整流电路并可分类如下
1、按变流方式分:直接式电路、间接式电路 按变流方式分:直接式电路、 按主电路结构分:桥式、 2、按主电路结构分:桥式、复合电路 按电网相数分:单相、 3、按电网相数分:单相、三相电路 按输入出间耦合方式分:直耦式、 4、按输入出间耦合方式分:直耦式、磁耦式电路 按工作范围分:单象限电路、 5、按工作范围分:单象限电路、多象限电路 按输出滤波分:电压型电路、 6、按输出滤波分:电压型电路、电流型电路 7、按输出电压分:低电压电路、中高电压电路 按输出电压分:低电压电路、 按器件开关方式分:硬开关电路、 8、按器件开关方式分:硬开关电路、软开关电路 按直流中点分:嵌位式、 9、按直流中点分:嵌位式、无嵌位式
因此相控整流电路具有较大惯 性,因而难于对外扰作出快速反 应
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5.1.3 现代(PWM)整流电路的分类 现代(PWM)
PWM整流电路的定义 PWM整流电路的定义 所谓PWM整流电路指采用PWM PWM整流电路指采用PWM控制方式和全 所谓PWM整流电路指采用PWM控制方式和全 控型器件组成的整流电路。 控型器件组成的整流电路。 它在不同程度上解决传统低频整流电路存在的 问题,得到国内外的重视, 问题,得到国内外的重视,随着全控型功率器件 开关容量的增大。微机、数字信号处理器(DSP) (DSP)性 开关容量的增大。微机、数字信号处理器(DSP)性 能的提高、SVPWM技术的日渐成熟 技术的日渐成熟, 能的提高、SVPWM技术的日渐成熟,也由于其 主电路拓扑结构与逆变电路十分相似, 主电路拓扑结构与逆变电路十分相似,因此逆变 电路获得成功的经验和技术都可以顺利地移植到 PWM整流电路 所以近年来发展较快。可以祈望, 整流电路, PWM整流电路,所以近年来发展较快。可以祈望, PWM整流终将成现代整流电路的主流 整流终将成现代整流电路的主流。 PWM整流终将成现代整流电路的主流。
λ=
n =1
式中, 是基波有功功率; 是表观功率, 式中, P1是基波有功功率;S是表观功率, Pn 谐波有功功率。 谐波有功功率。
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S
=
n=2
S
1.网侧功率因数 1.网侧功率因数 λ=1 (续1) (续
根据网压无谐波的设定, (5-3)中所有谐波 根据网压无谐波的设定,式(5-3)中所有谐波 ∞ 有功功率应为零: 有功功率应为零: ∑ Pn = 0 n=2 (5即 λ =P /S (5-4) 1 P = U1 I1 cos ϕ1 (5对单相电路 (5-5) 1 S = UI = U1 I (5(5-6) 是电压电流基波有效值; U1和I1是电压电流基波有效值;U和I是电流方 均根值; 之间的相移角。 均根值;Φ1是U1和I1之间的相移角。 这里是 由于电 将式(5 5)和式(5-6)代人式(5-4)有 (5- 和式(5 代人式(5 将式(5-5)和式(5-6)代人式(5-4)有: 网电压 λ = ( I 1 / I ) cos ϕ 1 = µ cos ϕ 1 (5-7) 谐波较 (5小的原 因 式中, (µ---电流正弦因数 式中, I1 / I = µ (µ--电流正弦因数 )
第五章
现代整流电路
本章概要
1.现代整流电路概述 1.现代整流电路概述 2.低电压大电流高频整流电路 2.低电压大电流高频整流电路 3.电压型单相单管PWM整流电路 电压型单相单管PWM 3.电压型单相单管PWM整流电路 4.电压型单相桥式PWM整流电路 电压型单相桥式PWM 4.电压型单相桥式PWM整流电路 5.电压型三相桥式PWM整流电路 电压型三相桥式PWM 5.电压型三相桥式PWM整流电路
1 1 ∞ 2 2 1 n=2 2 n
(5-9) 式中,THD是电流总谐波含量,THD值越低 是电流总谐波含量,THD值越低, 式中,THD是电流总谐波含量,THD值越低,则µ 值越高, 电网仅对整流电路提供有功功率。 值越高,当λ= 1时,电网仅对整流电路提供有功功率。 对于三相电路,若电路对称, 对于三相电路,若电路对称,其网侧功率因数与单相电 路相同,在网压正弦条件下, 路相同,在网压正弦条件下,网侧功率因数仍可表示为基 波功率因数COS COSΦ 和电流正弦因数µ的乘积. 波功率因数COSΦ1 和电流正弦因数µ的乘积.
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不控电路
图5—1b
其网侧电流iN如图5—1b所示,由于负载的 所示, 其网侧电流i 如图5 1b所示 非线性特性, 已严重失真, 非线性特性, iN已严重失真,其电流正弦因数 µ=0.6~0.7 0.6~0.7; µ=0.6~0.7; 尽管功率因数较高,网侧功率因数0.5~0.6 0.5~0.6, 尽管功率因数较高,网侧功率因数0.5~0.6, 但这种开关源产品量大面广, 但这种开关源产品量大面广,对电网的危害并 不亚于相控整流电路; 不亚于相控整流电路;
n=2
THD =∑Fra bibliotek∞ In I1
2
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3.具有双向传输能力 3.具有双向传输能力
2.输出电压u0≡ U0(电压型 2.输出电压u0≡ U0(电压型) 输出电压u0 电压型) i0≡I0(电流型) i0≡I0(电流型)
当负载消耗电能时,电网向负载传送电能。电路 当负载消耗电能时,电网向负载传送电能。 工作于整流状态,输出功率p 工作于整流状态,输出功率p0>0; 负载(如直流电动机)向电网反馈电能时, 负载(如直流电动机)向电网反馈电能时,电路工作 于有源逆变状态,输出功率p 于有源逆变状态,输出功率p0<0; 具备上述能力的电压型整流电路, 具备上述能力的电压型整流电路,其出端电流平 均值必定可逆,电路可工作于电流双象限; 均值必定可逆,电路可工作于电流双象限; 具备上述能力的电流型整流电路, 具备上述能力的电流型整流电路,其出端电压平 均值必定可逆,电路可工作于电压双象限。 均值必定可逆,电路可工作于电压双象限。
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(5-16)
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网侧功率因数低
对于不控电路 网侧功率因数低的 现象也存在于不控整流 电路, 电路,例如提高电路功 率密度,实现产品小型 率密度, 轻量化, 轻量化,目前应用于微 机和家电的小容量开关 电源普遍采用不控整流 加电容输入滤波方 如图5 1a所示 所示: 案.如图5—1a所示:
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4.能实现输出电压的快速调节以保 4.能实现输出电压的快速调节以保 证系统有良好的动态性能 5.具有较高的功率密度
随着技术的进步, 随着技术的进步,电子产品正向小型轻量 化迅速发展,功率密度不断提高, 化迅速发展,功率密度不断提高,作为这些 产品的电源装置,若不设法提高功密, 产品的电源装置,若不设法提高功密,便会 妨碍整机的发展。 妨碍整机的发展。
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3.难于实现快速调节
传统的SCR一方面在导通后就失控, 传统的SCR一方面在导通后就失控,对于三 SCR一方面在导通后就失控 相桥式电路,相邻两转换点时间为3.3ms 3.3ms, 相桥式电路,相邻两转换点时间为3.3ms,故时 滞在0~3.3ms间随机分布; 0~3.3ms间随机分布 滞在0~3.3ms间随机分布; 另一方面:为了抑制出端谐波,传统的SCR 另一方面:为了抑制出端谐波,传统的SCR 相控整流电路附加了输出滤波器。 相控整流电路附加了输出滤波器。由于滤波元件 参数较大,不仅增加电磁惯性, 参数较大,不仅增加电磁惯性,而且降低功率密 度。
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谐波电流对电网的危害
必须指出,谐波不仅危害电网, 必须指出,谐波不仅危害电网,还 可对网间各种负载造成不良影响, 可对网间各种负载造成不良影响,诸如 电动机、变压器和继电器等;此外, 电动机、变压器和继电器等;此外,谐 波对通信系统的干扰会引起噪声, 波对通信系统的干扰会引起噪声,降低 通信质量等。 通信质量等。
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5.1.1整流电路的理想状态 5.1.1整流电路的理想状态
1.网侧功率因数 1.网侧功率因数 λ=1
以单相电源为例, 以单相电源为例,设网压无谐波且可表示为 (5(5-1) u N = U Nm sin ωt 则网侧电流应为 (5(5-2) iN = I Nm sin ωt 上式表明,电流iN也无谐波且与uN同相. 上式表明,电流i 也无谐波且与u 同相. 在非正弦电路中,网侧功率因数定义λ 在非正弦电路中,网侧功率因数定义λ为 ∞ ∞ (5(5-3) ∑ Pn P1 + ∑ Pn
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1.网侧功率因数 1.网侧功率因数 λ=1 (续2) (续
(5-7)表明,网侧功率因数入是基波功率因数COSΦ (5-7)表明,网侧功率因数入是基波功率因数COSΦ1 表明 COS 和电流正弦因数µ的乘积,可表示为: 和电流正弦因数µ的乘积,可表示为: I I 1 (5(5-8) µ = = = I 1+ THD I + ∑ I
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