单相PWM整流器控制方法及谐波分析
PWM 整流器的输入电流谐波分析及参数确定
verter wit h Fixed Switching Frequency. IEEE Trans. on IA. 1990 ,26 (5) :880～885. 2 Wu Rusong ,Dewan S B et al. Analysis of a PWM AC2
收稿日期 :1997203220 定稿日期 :1998203201
对电流谐波的分析 ,给出了系统参数设计规则 ,
作者简介
沈安文 男 ,1967 年 4 月生 ,博士后 。从事电力电子 、新型传动系统和计算机控制系统的研究 。 万淑芸 女 ,1940 年 2 月生 ,教授 。研究方向为电力传动及其自动化 。 王离九 男 ,1930 年 8 月生 ,博士生导师 ,教授 。研究方向为电力传动及其自动化 。 赵 金 男 ,1967 年 1 月生 ,博士 ,讲师 。研究方向为工业自动化 。
图 1 三相 PWM 整流器
由定义可知 , Da 、Db 、Dc 很容易得到[2 ] 。 将式 (2) 代入式 (1) ,则
∑ L
d ia dt
=
u+
ki 2
Ud Us
i
a
-
( ki Ud 2 Us
+
R s) i a 3
-
∞ Ud
n = 1 3 nπ
A
2 an
+
B
2 an
si
n
(
nωs
t
+
V T2 关断 ; S a = 0 时 ,V T1 关断 ,V T2 导通 。同
样也定义 B 相和 C 相的开关信号为 S b 、S c ,于
PWM整流器的SVPWM统一快速算法和谐波分析法
徽电机MICROMOTORS Voe.54.No.1 Jan.2021第54卷第1期2021年1月PWM整流器的SVPWM快速算法和谐波分析法林蕾，莫岳平，黄畅畅(扬州大学电气与能源动力工程学院，江苏扬州225127)摘要：传统两电平空间矢量脉宽调制(Spacc Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)算法的流程复杂，计算量比较大。
本文从三相桥臂与调制电空比之间的关系，分离出中间变量以及自由变量，将调制算法为满足约束条件的自由变量的，并证 方法与传统SVPWM算法等效。
提出的算法不标变扇区判断，算法流程化程，计算量大量％基础上，推导了计算调制线电压的失真(THD)的解析表达，解析表分量的计算仅与占空比有关，并得到了THD与SVPWM的调制方，即与自由变量的结论%经过理论计算和实验比对，验证本文新的两电平SVPWM简化算法与电分析法的正确性%关键词：SVPWM；两电平变；电分析；统一算法；失中图分类号：TM46文献标志码：A文章编号：1001-6848(2021)01-0093-08A Unified Fast Algorithm and Analytical Voltage Harmonic Analysisfor Two-Level SPVWM RechterLINLeo，MOYuepong，HUANGChangchang(College of Electrical，Energy ann Powes Engineering of Yangzhou University，Yangzhou Jiangss225127，China)Abstract:The traditional algorithm far2--evel spxco vector pulse width modulation(SVPWM)is complicated with larae computation.In this paper，from the relationship between modulation voltage and duty ratio of three-p hase bridge am，the inteaiediata variabla s and free variabla were separated，and the modulation algorithm was tansfoamd into the selection of tea variabm satisfying the constraint conditions.It was proved thatthepaopoMed a ego aothm waMequ oea eent to the t aad ot oona eSVPWM aegoaothm.ThepaopoMed aegoaothmdoeM not need coordinate transfaiation and sector judgment，reduces a lot of computation and is much ecsier to implement.Based on the simplified algorithm，the analytical expression far calculating the total hamonic distortion(THD)and haaionic s pectam of the modulation line voltage were derived.The calculation of haamonoccomponFntson thFanaeytocaeFxpa s oon wasoneyaFeatd tothFdutycyce，and waspaoeFd that THD was independent of the modulation mode of SVPWM ar independent of the selection of free variabms. Theough thecompaeoson between expeeomentaeand theoeetocaecaecueatoon，theaccueacyoUthepeoposed two-eeeeeSVPWM unooed aegoeothm and eoetagehaemonocanaeysosmethod waseeeooed.Key words:SVPWM；2--evel converter;voltage haaionic analysis;unified algorithm；total haaionic dis-toetoon(THD)o引言空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)是一种正弦脉宽调制，它是针对PWM技术的改良，能充分衰减电机的的损耗以及逆变器输出的电分，减弱内：动转矩，其控制难度较低，加快了与数字化技术结合，电利用对，传SP-WM%传的两电平SVPWM计算算法包括坐标变换、扇判断及计算矢量动作时间等多个步骤，流程相当繁琐并且同时大量运算，许多文献重注了SVPWM的数学本质及其算法化简过程%收稿日期：202005—21,日期：2020—0820作者简介：林蕾(1996)，女，硕士研究生，研究方向为能源优化配置与应用-94-微电机54卷文献［1］提出以三扇区矢量空间为基础的新型快速SVPWM计算算法，它的优是省标变换的步骤％文献［2］出了基于120。
单相pwm整流器低次谐波抑制方法研究
2网侧电流低次谐波产生原因
2.1二次脉动电压产生原因 单相三电平PWM整流器的电路结构如图1所示。
THE WORLD OF INVERTERS
《变频器世界》December, 2019
技术探讨与研究
■TECHNIQUE RESEARCH
单相PWM整流器低次谐波抑制方法研究
Research on Harmonic Suppression of Single-phase Three-level Rectifier
大连交通大学电气信息学院盛国宇(Sheng Guoyu)刘文生(Liu Wensheng)
进一步化简可得:
（7）
U de
由式（7）可知厶为理想状态时，整流器的直流侧 包含有二次脉动电压，且与负载有功功率成正比，与
和C#成反比。
上；2
2.2二次脉动电双闭环组成。控制原理图如图2所示。
图1单相三电平PWM整流器电路结构 图1中给和®分别是整流器网侧电压和电流，假 定巒和和处于理想状态，即网侧电压电流只包含基波， 不含有谐波的状态。电压、电流分别定义为：
uN = 42Un sin cot
(1)
iN = 42In sin（血一 0）
（2 ）
其中咖和命分别为网侧电压和电流的有效值，8 为电压超前电流的相位角。
整流器的输入功率Pin可以表示为：
―
n cos 0 + Ucos（2fi^
（3 ）
式⑶中：UJn cos®为稳态量；UNINcos（2cot-0）
ts图11添加谐波抑制算法后网侧电压电流波形基波幅值50hz4291thd110姗如塢理ilhilhhiihhliih?ililllilhli?iillilllllhillilll010203040506谐波次数图12添加谐波抑制算法后网侧电流fft分析由图11和12可以看出在添加了本文设计的谐波抑制算法后网侧电压电流相位相同网侧电流波形质量明显提高357次等低次谐波谐波含量明显减少整体thd也降低到了310o添加抑制算法前后对比说明本文所设计的网侧电流谐波抑制算法具有有效性且抑制效果明显
单相PWM整流器电压外环模糊自适应控制
单相PWM整流器电压外环模糊自适应控制一、单相PWM整流器的控制原理单相PWM整流器是将交流电转化为直流电的装置，它采用开关器件（如晶闸管、三相交流双向晶闸管等）进行控制，通过改变开关管的导通和关断时间来控制输出电压的大小和频率。
在PWM整流器中，常见的控制方式有开环控制和闭环控制两种。
开环控制是根据预先设定的电压值直接控制开关管的导通和关断时间，但由于系统内外环环节影响，开环控制的性能往往不稳定且难以精确控制。
而闭环控制则采用反馈控制的方式，通过测量输出电压，并与设定电压进行比较后得到误差信号，再根据误差信号进行调节以实现对输出电压的精确控制。
在这两种控制方式中，闭环控制因其精度高、稳定性好等特点而得到广泛应用。
二、模糊自适应控制介绍模糊自适应控制是一种结合了模糊控制和自适应控制的新型控制方法，它通过模糊集合和模糊推理的方法来逼近实际系统的数学模型，并利用自适应控制算法来根据系统反馈信号使得控制器对系统进行自适应调节。
模糊自适应控制不需要精确的系统模型，可适应各种不确定因素，具有较强的鲁棒性和适用性。
模糊自适应控制在电力系统、机电控制、车辆控制等领域得到了广泛的应用。
在单相PWM整流器中，电压外环模糊自适应控制是指对输出直流电压进行控制的一种方法，它将模糊控制和自适应控制相结合，通过模糊规则库和自适应机制来实现对输出电压的精确控制。
其原理如下：1. 模糊规则库设计在电压外环模糊自适应控制中，首先需要设计一个模糊规则库，该规则库包括输入（偏差）和输出（控制增益）的模糊集合，以及模糊化、模糊推理等操作。
通过模糊规则库，可以实现对输入偏差的模糊化处理和输出控制增益的模糊推理，从而得到控制器的输出。
2. 自适应机制设计在模糊自适应控制中，需要引入自适应机制，用于根据系统反馈信号来更新模糊规则库的参数，从而使控制器能够自适应系统的变化。
通常采用的方法是利用反馈误差信号来更新模糊规则库的参数，以使控制器能够对系统进行自适应调节。
单相PWM整流器的直接电流主要控制策略分析
单相PWM整流器的直接电流主要控制策略分析伴随着我国科学技术以及相关电力技术的不断发展，现阶段我国的电力系统非常发达，同时电力系统中使用的设备也变得种类繁多，功能齐全。
在这种状态下，一旦使用大量的电力设备就会导致我国的电力系统中出现电流超负荷以及电压超负荷。
我国现阶段解决这種问题的办法之一就是使用单相PWM整流器来进行电流控制。
文章主要针对单相PWM整流器的直接电流控制策略进行详细的阐述以及分析，希望通过文章的分析以及阐述能够有效地提升我国电流控制的效果，同时也为我国电力系统的进一步发展以及创新贡献力量。
标签：单相PWM整流器；直接电流的控制；分析；控制策略我国近些年的电子设备尤其是带有一定功率的电子设备正在越来越多的被应用，这样的状况就直接导致了我国的国家电网系统承载了越来越多的非线性电力负载，给我国国家电网中的电流以及电压带来了很多问题，其中谐波污染是一个较为突出的问题。
为了解决这一问题，我国的电力系统引进了PWM整流器，通过整流器的有效处理，大大地提升了电力系统中的系统功率因数，这样就会在很大程度上减少电网系统中的谐波污染。
通过一段时间的应用，整流器的功能和使用效果逐渐被人们认可以及关注。
在整流器工作过程中根据系统中的电感电流的运行状态可以分析两种工作模式。
第一种是电流断续的整流器工作模式；第二种是电流连续的整流器工作模式。
上述两种整流器工作模式中，电流连续的工作模式受到了更多的应用和重视，主要的原因是电流连续整流器的工作模式具有四个优点，第一个是连续电流的整流器能够有效地进行小波纹的电流输出；第二个是连续电流的整流器更加容易进行滤波操作；第三个是连续电流模式的整流器元器件的工作损耗小；第四个是连续电流模式的整流器能够进行大功率的电流控制。
在连续电流模式的整流器工作过程中，工作电流反馈量主要是有瞬间电流感应数值作为参考，这样就能够保障整流器在工作过程中进行直接电流的有效控制以及间接电流的有效控制。
PWM整流器在电网谐波抑制中的应用研究
毕业论文课题名称:PWM整流器在电网谐波抑制中的应用研究学生姓名与学号:郭壮*********所在院系: 电气信息工程学院专业年级: 电气工程及其自动化2012级专升本指导教师及职称: 王化冰副教授平顶山学院教务处制第1章绪论1．1背景和意义电能的使用是衡量一个国家科学技术与经济发展水平的重要标志之一，随着电力电子技术的发展，电力网络负荷的急剧加大，非线性负荷容量的不断增长，电网中出现了电压电流波形畸变、电压波动与闪变，以及三相不平衡等电能质量问题。
理想状态的公用电网是以恒定的频率，标准的电压和正弦波形对用户供电，但因为非线性电力负荷的大量应用，产生了大量的谐波电流、谐波电压和无功，引发了各种问题，如损耗增加、效率降低、噪声和过压过热等，严重恶化了电力生产环境。
于是各国的电力科技人员对谐波抑制和无功补偿这方面的课题研究产生了浓厚的兴趣。
并且随着电力电子技术的飞速发展，在这方面取得了一些突破性发展，其中美日两国的科研人员取得了巨大的成就，而国内目前多处在起步阶段；另外从维护绿色环境的角度来看，无谐波就是电力系统环境“绿色”的主要标志之一，所以该研究是很有实际意义的。
1．2国内外研究与发展现状传统的谐波抑制方法是使用LC滤波器，但其损耗大，参数易变，不能动态补偿等缺点已不能满足电能质量的要求。
动态抑制谐波，补偿无功的新型电力电子装置有源电力滤波器(APF)成为近些年来研究的热点。
APF是在1971年由Sasaki．H最早提出。
1982年世界上第一台并联型有源滤波器投入工业应用；1987年Takeda等提出串联APF 加并联无源滤波器的混合有源电力滤波器(HAPF)；1988年，F．Z．Peng等提出串联APF加并联无源滤波器的HAPF；1990年，H．Fujit等提出APF与无源滤波器相串联的HAPF；1994年，H．Akagi等提出串联APF和并联APF的HAPF等等。
最近又有人提出统一电能质量调节器(UPQC)，结合并联有源电力滤波器和串联有源电力滤波器的优点，综合改善电能质量。
PWM整流器及其控制策略的研究
PWM整流器及其控制策略的研究随着电力电子技术的发展，PWM整流器在新能源、电力牵引、电力电子变换等领域的应用越来越广泛。
PWM整流器具有高效率、低谐波、快速响应等优点，但其控制策略的设计是整个系统性能的关键。
本文将对PWM整流器的控制策略进行详细的研究和分析。
PWM整流器采用全控型器件，通过脉冲宽度调制（PWM）控制整流器输入电流的幅值和相位，实现高功率因数和低谐波电流的目标。
其电路结构包括三相电压型PWM整流器、三相电流型PWM整流器以及交-直-交PWM整流器等。
开关控制策略通过控制开关管的通断时间来实现电流的控制。
该策略具有实现简单、动态响应快等优点，但开关的通断会造成较大的功耗损失，且在负载突变时响应速度较慢。
PWM控制策略通过调节脉冲宽度实现对电流的控制。
该策略具有谐波含量低、控制精度高等优点，且在负载突变时响应速度快。
但PWM控制需要较高的采样精度和计算能力，且在实际应用中需要考量的参数较多。
滑模控制策略通过将系统状态引导至设定的滑模面上实现电流的控制。
该策略具有对参数变化和外部扰动不敏感、无需精确的系统模型等优点，且可以实现无静差跟踪。
但在实际应用中，滑模控制的计算实现较为复杂，且在实际系统中应用难度较大。
为了验证上述控制策略的效果，我们设计了一个基于电压型PWM整流器的实验系统。
实验中，我们采用了MATLAB/Simulink进行系统建模和仿真，并使用高性能DSP实现了实时控制。
实验结果表明，PWM控制策略在稳态和动态性能上都优于开关控制策略和滑模控制策略。
具体来说，PWM控制策略在负载突变时的响应速度较快，且可以实现更高的系统效率。
本文对PWM整流器的控制策略进行了详细的研究。
通过对比分析开关控制策略、PWM控制策略和滑模控制策略的优缺点和应用场景，发现PWM控制策略在许多方面都表现出优越的性能。
在实验设计和结果分析中，我们验证了PWM控制策略的优点。
展望未来，PWM整流器控制策略的研究将更加深入。
单相电压型PWM整流器波形分析
单相电压型ＰＷＭ整流器波形分析对于单相VSR而言，其交流侧基波电压控制有两种PWM的调制方式，即双极性调制和单极性调制。
以下将根据双极性ＰＷＭ的调制方式，分析单相电压型PWM整流器（如图1所示）。
图1 单相电压型PWM整流器基于matlab的波形分析及仿真结果将图1的单相电压型PWM整流器在matlab中建立仿真模型如下图所示：图2 单相电压型PWM整流电路仿真模型系统仿真参数如下:交流侧电网电压220V,工频直流侧电阻R L=10Ω。
主电路储能元件参数为L=3 Mh,C=143μF。
PI参数Ki=2.3,τi=128。
图3 控制信号的时序分布（1）交流侧电压v(t)若单相VSR直流侧电容足够大，则在PWM过程中可近似认为其直流侧电压为一定值，即v dc(t)＝V dc。
这样当采用双极性调制时，单相VSR交流侧电压v(t)波形为幅值在V dc、-V dc间切换的PWM波形。
第k周期中v(t)波形如图4所示。
图4 交流测电压波形（2）电感端电压v L(t)单相vsr网侧电感端电压v L(t)等于电网电动势e(t)与其交流侧电压v(t)之差，即v L(t)＝e(t)－v(t)。
若令e(t)＝E m sinωt，且当开关频率远高于电网基波频率时，第k个开关周期中e(t)可近似为一常值，即e(t) ≈ e(kT s)=E m sinωkTs。
其中，kT s ≤ t ≤ (k+1)T s。
如图5所示。
图5 电感电压波形（3）网侧电流i(t)若忽略单相VSR网侧电阻，则网侧电流i(t)为：i(t)=1/L∫v L(t)d t=1/L∫[e(t)－v(t)]d t得第ｋ个开关周期网侧电流表达式为：i(t′)=1/L(E m sinωkTs-V dc)t′+i(t′=0) (0≤t′<t on)；i(t″)=1L(E m sinωkTs+V dc)t″+i(t″=0) (0≤t″<T s - t on)；当开关频率足够高，且在稳态条件下，各区间电流初始条件满足：i(t′=0)＝i(t″＝t s-t on)；i(t′=t on)=i(t′=0)；因此，求得第ｋ个开关周期中，VSR网侧电流脉动峰峰值为：Δi km＝i(t′=0) - i(t′＝t on)= V dc - E m sinωkTs Lt on (V dc>E m)由于采用双极性PWM控制，第k个开关周期中的PWM占空比D k＝(2t on-T s )/ T s；得：Δi km=[T s (V dc-E m sinωkTs) (1+D k)] / 2L网侧电流i(t)波形如图6所示。
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Ｐ ＷＭ 整 流 器 从 电 路 拓 扑 上 属 交 流， 直 流 变 换 器 ，通 常 Ｐ ＷＭ 整 流 器 可 分 为 不 可 逆 与 可 逆 两 大类 。 可逆 Ｐ ＷＭ 整 流 器
ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ｔ ｏ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ，ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｏｌ ｒ ｍｏ ｄ ｅ Ｐ Ｗ Ｍ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｉ ｆ ｅ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｗ ａ ｖ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｈ ａ ｍｏ ｒ ｎ ｉ ｃ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｐ Ｗ Ｍ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｉ ｆ ｅ ｒ ；ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ；Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ；ｈ ｙ ｓ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
（ 西安 航 空 学 院 陕 西 西 安 ７ １ ０ ０ ７ ７ ）
摘 要 ：传 统二 极 管 不控 整 流 或 晶 闸 管相 控 整 流 ， 对 电 网注 入 大量 谐 波及 无 功 功 率 ， 造 成 电 源 污 染 。Ｐ ＷＭ 整 流 器 采 用
全 控 型 开关 器件 取 代 二 极 管或 半 控 型 器件 ， 并将 Ｐ ＷＭ 控 制 技 术 引入 整 流 器 。 在 稳 定 直流 电压 输 出 同时 ． 使 交 流侧 电 源 电流 接 近 正 弦渡 ， 实现 能量 的双 向流 动 。 通过 介 绍 单相 Ｐ ＷＭ 整 流 器 的控 制 方 法 ． 利 用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 搭 建 仿 真模
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｉ ｆ ｅ ｒ ｄ ｉ ｏ ｄ ｅ ｏ ｒ ｆ ｈ ｙ ｉ ｒ ｓ ｔ ｏ ｒ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ － ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｆ ｉ ｅ ｒ ， ａ ｌ ａ ｇ ｅ ｎ ｕ ｍ ｂ ｅ ｒ ｏ ｆ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ
第２ ２卷 第 ６期
Ｖ０ １ ． ２ ２
Ｎｏ ． ６
电子设计 工 程
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单相 Ｐ ＷＭ 整流器控制方 法及谐 波分析
王 成
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型， 比较 分析 不 同控 制 方 式 下 Ｐ ＷＭ 整 流 器 运 行 时 电 压 波形 及 输 入 电流 的 谐 波 频 谱 。
关键词 ： Ｐ ＷＭ 整 流 器 ； 谐波分析 ； Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ； 滞 环 控 制
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｎ ７ １ ０ 文献标识码 ： Ａ 文 章编 号 ：１ ６ ７ ４ — ６ ２ ３ ６ ｆ ２ ０ １ ４ ） ０ ６ — ０ ０ ９ ２ — ０ ４
Ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ － ｐｈ ａ ｓ ｅ ＰＷ Ｍ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｉｅ ｆ ｒ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ａ ｎｄ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
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