任务一 PWM脉冲整流器
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整流器分类介绍
工作原理：
• 在系统瞬时功率不变的前提下，将三相静止坐标系下 的整流桥相电压变换到两相静止坐标系下（即3/2变 换），用一个模为2Uo/3的空间电压矢量在复平面上表 示出来。 • 由于三相VSR开关是双电平控制，电压矢量只有2*2*2 = 8种，其中Uo (0 ，0，0)、U7 (1, 1,1) 为零矢量， 其余6个非零矢量对称均匀分布在复平面上。在每个开 关周期中对任何给定空间电压矢量U均可用相邻两个有 效开关矢量和零矢量来等效。 • 在一个载波周期内，开关管的导通总是以零矢量开始 并以零矢量结束。
•
因此，为了实现整流器输出直流电流的恒定和输入端 接近单位功率因数，三相电流型PWM整流器的控制实际 上是一个双环控制系统。
• 外环是直流电流控制环，其目的一般是保持 的恒定。 在直流电流环中，采样的直流电流与给定值进行比较， 产生的误差经过PI调节后，输出作为整流器的网侧电 流峰值指令， ，将 与同步信号(单位幅值正弦波) 相乘，作为网侧电流指令信号 ，由 及 组成交流 电流控制环，其目的是要求网侧电流 跟踪给定电 流 ，也即实现了网侧电流对网侧电压的相位跟踪。
• 不知之处： • 由于需要较大的直流储能电感，以及交流侧LC滤波环节所 致的电流畸变、振荡等问题，使其电路结构和控制相对复 杂，从而制约了电流型电路的应用和研究。
• 电流型PWM整流器结构图：
电压型PWM整流器
• 电压型PWM整流器是以输出端 并联滤波电容 以维持输出 电压低纹波，具有近似电压源的特性。由于其电路结构简 单，便于控制，响应速度快，目前研究及实际应用较多的 是电压型电路。
• （5）谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而 使谐波放大，谐波引起的危害倍增，甚至引起严重事故；
• 提高功率因数、抑制和消除谐波已成为电力电子技术中的 重大课题，其中PWM整流器现在已经成为大家关注的焦点。
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。
电力牵引变流技术任务一 PWM脉冲整流器
（a） 整流工况 （b）逆变工况 图4-4 单相电压型PWM整流电路运行方式相量图
us1(t)设为交流侧电压US(t)的基波分量，iN1(t)为电流iN(t)的基波分量，忽
略电网电阻的条件下，对于基波分量，有下面的相量方程成立，即:
U N U S1 j LN I N 1
4.1.2 单相电压型桥式整流电路的工作原理
图4-3 单相PWM整流器结构 由图4-3所示，能量可以通过构成桥式整流的整流二极管D1～D4完成从 交流侧向直流侧的传递，也可以经全控器件T1～T2从直流侧逆变为交流， 反馈给电网。所以PWM整流器的能量变换是可逆的，而能量的传递趋势是 整流还是逆变，主要视T1～T4的脉宽调制方式而定。
4.1.2 单相电压型桥式整流电路的工作原理
4.1.3 单相电压型PWM整流电路工作过程分析
(2)工作模式2： T1(D1)、T4(D4)导通时，此时储存在电感中的能量逐渐流向负载R和电 容C上，电流下降，通过D1和D4形成回路，且T2、T3同时关断。直流侧电 流一方面给电容C充电，使得直流电压上升，保证直流电压稳定，同时高次 谐波电流通过电容形成低阻抗回路；另一方面给负载R提供恒定的电流，并 满足关系式
图4-1 交传机车牵引传动系统示意图
图4-2 交直型直流牵引传动系统的示意图
【学习任务】
4.1 二电平PWM整流器
脉冲变流器是列车是列车牵引传动系统电源侧逆变器，在牵引时作为整 流器，将单相交流电转变成直流电，再生制动时作为逆变器，将直流电转变成单 相交流电，它可方便运行于电压电流平面四个象限，所以也称了四象限脉冲整流 器。 两电平整流器也叫两点式四象限脉冲整流器。在交流传动领域，网侧变流器 现大多采用四象限脉冲整流器，它具有以下优点:
PWM整流器是什么？及PWM整流器控制原理
PWM整流器是什么？及PWM整流器控制原理电子元器件是推动国民经济发展的重要因素之一，然而在这个电子科技技术日新月异的时代，消费者对电子类的产品需求更是呈现出的多元化发展趋势，同时产品对电子元器件的性能有了更高的要求。
而作为被广泛应用的PWM整流器也不例外。
那么什么是PWM整流器？及PWM整流器控制原理是什么？华强北IC代购网为你一一解答。
PWM整流器是什么随着功率半导体开关器件技术的进步，电力电子变流装置得到飞速的发展，从而衍生出了以脉宽调制（PWM）为基础的各类变流装置，例如变频器、逆变电源、高频开关电源等。
经过几十年的研究与发展，PWM整流器技术已日趋成熟。
根据其能量是否可双向流动从而派生出可逆PWM整流器和不可逆PWM整流器；而其拓扑结构从最初的单向、三相电路发展到多相组合以及多电平拓扑电路；在控制开关方面，软开关调制逐渐开始代替单纯的硬开关调制；其功率等级从千瓦级发展到兆瓦级。
PWM整流器基本控制原理PWM整流器的控制目标有两个：一是使直流侧输出电压稳定；二是使交流侧输入功率因数为1或可控。
为了方便大家查阅，华强北IC代购网对PWM整流器基本控制原理归纳出以下几点：1、直接电流控制依据PWM整流器的动态方程，直接电流可对瞬时电流的波形进行高精度的控制，具有很好的动态性能，并且能够有效的防止过载和实现过流保护。
另一方面，直接电流控制对PWM整流器的控制都是采用双向闭环控制，通过直流母线电压的调节得到交流电流的电值，从而达到减小误差和产生调制的作用。
优点：良好的动态性能、高精度、低误差。
2、间接电流控制间接电流控制也成为幅相控制，通过控制整流桥交流侧击波电压的幅度值达到控制输入PWM整流器电流的目的。
与直接电流控制不一样，间接电流控制是通过开环实现对输入电流进行控制。
优点：成本低、结构简单；缺点：较大电流超调、电流震荡剧烈。
3、预测电流控制预测电流控制其本质就是采用模型误差反馈校正，根据PWM整流器实际电流的误差和电路参数等信息，计算出合适的电压矢量。
pwm脉冲整流
• 电压环的比较结果确定参考电流幅值和极性
• 根据相量关系计算出各相us 的相位φ和幅值US1m • 通过PWM控制确定功率开关的通/断状态
❖ 特点： 开关频率固定， 滤波容易； 电流响应较慢； 控制效果与参数 （L）的计算精 度有关。
2020/8/3
ud* +
id
PI
-
ud
L
+
u A, B ,C
北京交通大学电气工程系
7-4
脉冲整流 • 分类：按直流侧的电压和电流情况分类
– 电压型脉冲整流器
• 特征：直流侧电压恒定 ，即：ud (t) = Ud ，并 且要求Ud 2UN
• 输出电流
id
(t)
iN
(t)uN (t) ud (t)
INU N Ud
(1
cos 2t)
• 基本结构
2020/8/3
2020/8/3
北京交通大学电气工程系
7-8
T1
I N LN
D1
A
uN
us
T2
T3
D3
L2
B
T4
C2
D2
D4
图7.6 单相电压型PWM整流器的主电路图
脉冲整流
+
Cd u d
-
2020/8/3
北京交通大学电气工程系
7-9
• 主要方程式及相量图
脉冲整流
– 简化主电路
– 对于基波分量，在忽略线路电阻的条件下
– 控制方法 • 直接电流控制 ：引入交流电流反馈 • 间接电流控制 ：没有引入交流电流反馈
2020/8/3
北京交通大学电气工程系
7-19
– 直接电流控制——电流跟踪控制
pwm脉冲整流
IN1m = UNm tanφ/ωNLN – 逆变工况： uS1(t) = US1msin(ωNt+φ)
US1m = UNm / cos φ
IN1m =UNm tanφ/ωNLN
2019/10/8
北京交通大学电气工程系
7-13
脉冲整流 • 基本能量关系（网压 uN (t) 为正半波时）
2019/10/8
特点： 开关频率固定， 滤波容易； 电流响应较慢； 控制效果与参数 （L）的计算精 度有关。
2019/10/8
ud* +
id
PI
-
ud
L
+
u A, B ,C
sin(t 2k / 3)
+
k=0,1,2
负载
图7.14 间接电流控制系统结构图 北京交通大学电气工程系
RL 7-21
脉冲整流
7 . 3 电流型脉冲整流电路
2019/10/8
北京交通大学电气工程系
7-24
• 功率因数不等于1时的相量图
脉冲整流
u
u I
θψ
jwN CN uN Ip1
θ ψ I
I p1 jwN CN uN
(a)整流工况
(b)逆变工况
图7.17 电流型PWM整流器相量图
(a) 整流（牵引） (b) 逆变（再生）
2019/10/8
北京交通大学电气工程系
7-3
• 脉冲变流器的基本思想 • 基本原理
uN (t) 2U N sin t
脉冲整流
iN (t) 2I N sin t
理想情况下：
PN (t) Pd (t)
PN (t) uN (t) iN (t) U N I N (1 cos2t)
pwm镇流器工作原理
pwm镇流器工作原理
PWM镇流器（Pulse Width Modulation Rectifier）是一种通过
改变开关元件（如晶体管）的导通时间比例，从而实现对电流或电压的控制的电路。
PWM镇流器的主要工作原理如下：
1. 输入电压通过绕组产生交流电压。
将输入电压与变压器绕组相连接，通过绕组感应电磁感应产生交变电压。
2. 交流电压通过整流电路转换为直流电压。
在PWM镇流器中，通常采用全桥式整流电路，将交流电压转换为直流电压。
3. 控制器控制开关元件的导通比例。
PWM镇流器通过控制开
关元件（如晶体管）的导通时间比例，来调整输出电流或电压的大小。
控制器通常采用微处理器或DSP芯片，通过PWM
信号控制开关元件的导通时间。
4. 开关元件控制电流流向。
开关元件根据控制器输出的PWM
信号的高低电平，控制导通或断开电流的通路，从而控制电流流向。
当开关元件导通时，电流通过开关元件流入负载；当开关元件断开时，电流通过恢复二极管流入负载。
通过以上工作原理，PWM镇流器可以实现对输入电流或电压
的精确控制，从而满足不同负载的需求。
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图4-1 交传机车牵引传动系统示意图
图4-2 交直型直流牵引传动系统的示意图
【学习任务】
4.1 二电平PWM整流器
脉冲变流器是列车是列车牵引传动系统电源侧逆变器，在牵引时作为整 流器，将单相交流电转变成直流电，再生制动时作为逆变器，将直流电转变成单 相交流电，它可方便运行于电压电流平面四个象限，所以也称了四象限脉冲整流 器。
uab uc
在任意瞬间，电路只能工作于上述开关模式中的一种。在不同时区，可以工 作于不同模式原理可以看到当电容充电时，主要依靠IGBT并联的二极管工作，输入电 感释放能量，输入电流变化取决于输入电压正负；当电容放电时，主要依靠 IGBT本身和二极管工作，输入电感储存能量，输入电流的变化同样取决于输 入电压正负。这是Boost型电路拓扑和IGBT所决定的工作方式。
两电平整流器也叫两点式四象限脉冲整流器。在交流传动领域，网侧变流器 现大多采用四象限脉冲整流器，它具有以下优点:
·能量可以双向流动;
·从电网侧吸收的电流为正弦波;
·功率因数可到达1;
·减低了接触网的等效干扰电流，减少对通讯的干扰;
·可以保证中间回路直流电压在允许偏差内。
4.1.1 电压型桥式PWM整流电路的结构
本项目以大功率交流传动HXD1C型六轴7200kW交流传动电力 机车为例，介绍交传机车主牵引传动系统的结构与工作原理。
【学习目标】
1、掌握交传机车牵引传动系统的结构及主电路工作原理 与基本控制原理；
2、了解交传电力机车直流牵引传动系统的主要设备； 3、掌握交流牵引传动系统常用电力电子器件的结构与工
作原理及特性； 4、掌握交流牵引电机的结构、工作原理与技术参数； 5、掌握交传机车调速与制动的工作原理； 6、培养学生利用相关仪器、设备对交传机车牵引传动系
统维护、调试及常见故障分析与检修的能力； 7、掌握牵引变流器检查维护的安全操作规范。
【项目导入】
图4-1是交传机车牵引传动系统示意图，交流接触网提供 25KV工频电压，经过牵引变压器降压后，再经整流器将 交流整流变为脉动的直流。中间环节起能量支撑作用，主 要由滤波电容组成，将脉动的直流变成平稳的直流。最后 逆变器输出三相变压变频的交流电，提供给三相交流牵引 异步电动机。
uN
Ls
dis dt
is R uab
uab uc
4.1.3 单相电压型PWM整流电路工作过程分析
(3)工作模式3：
T2(D2)、T3(D3)导通时，此时储存在电容C中的能量逐渐流向负载L和
电感上，电流上升，通过D2和D3形成回路，且T1、T4同时关断。并满足关
系式
uN
Ls
dis dt
is R uab
(1)工作模式1： T1(D1)、T3(D3)或T2(D2)、T4(D4)导通时，即下桥臂开关或上桥开关
全部导通，此时=0，负载消耗的能量由电容C提供，直流电压通过负载RL形 成回路释放能量，电压下降。同时，电源两端直接加电感上，当>0时，即 处于正半周，电感中电流上升，T3和D1导通或者T2和D4导通，只要T2、T3 中的一个导通即。
单相电压型桥式PWM整流电路最初出现在交流机车传动系统中，为间接式 变频电源提供直流中间环节，电路结构如图4-3所示。
图4-3 单相PWM整流器结构 由图4-3所示，能量可以通过构成桥式整流的整流二极管D1～D4完成从 交流侧向直流侧的传递，也可以经全控器件T1～T2从直流侧逆变为交流， 反馈给电网。所以PWM整流器的能量变换是可逆的，而能量的传递趋势是 整流还是逆变，主要视T1～T4的脉宽调制方式而定。
4.1.2 单相电压型桥式整流电路的工作原理
（a） 整流工况 （b）逆变工况 图4-4 单相电压型PWM整流电路运行方式相量图
us1(t)设为交流侧电压US(t)的基波分量，iN1(t)为电流iN(t)的基波分量，忽 略电网电阻的条件下，对于基波分量，有下面的相量方程成立，即:
g
g
g
U N U S1 jLN I N1
当<0时，即处于负半周，电感中电流下降，T1和D3导通或者T4和D2导 通，只要T1、T4中的一个导通即可。
4.1.3 单相电压型PWM整流电路工作过程分析
(2)工作模式2：
T1(D1)、T4(D4)导通时，此时储存在电感中的能量逐渐流向负载R和电 容C上，电流下降，通过D1和D4形成回路，且T2、T3同时关断。直流侧电 流一方面给电容C充电，使得直流电压上升，保证直流电压稳定，同时高次 谐波电流通过电容形成低阻抗回路；另一方面给负载R提供恒定的电流，并 满足关系式
4.1.2 单相电压型桥式整流电路的工作原理
假设整流时有： UN UNm sint
调制波为：
ug (t) U gm sin(t )
设为三角载波幅值；为单极性SPWM波，在一个开关周期内的平均值表示为：
us
Ud U cm
U gm
sin(t
)
mU d
sin(t
)
定义正弦脉宽调制比：
m U gm U cm
并取： Us1m mUd
则根据相量图，相角表达式为：
4.1.3 单相电压型PWM整流电路工作过程分析
与PWM逆变器的控制类似，整流器的每个桥臂电路的控制方法也是由三 角形载波与正弦调制波的交点来决定桥臂中的上下两个元件的换流时刻。二 个桥臂的正弦调制波相位差为180°。
四象限整流器分别工作于四象限的工作状态：
4.1.3 单相电压型PWM整流电路工作过程分析
【项目描述】
早期因为交流变频调速技术的不成熟，机车牵引传动系统大都 采用直流牵引传动系统。随着电力电子器件的制造技术、基于电力电 子电路的电力变换技术、交流电动机的矢量变换控制技术、直接转矩 控制技术、PWM（Pulse Width Modulation）技术以及以微型计算机 和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等迅速发展，使得交流 变频调速的性能获得极大的提高。现在机车交流传动系统已逐步取代 直流牵引传动系统，成为机车牵引传动的主流。直流牵引电动机结构 上固有的缺点与不足，以及交流变频调速传动系统诸多的优点注定了 交传机车取代直流机车会成为必然的趋势。