单相电压型PWM整流电路原理分析与仿真
单相电压型PWM整流电路原理分析与仿真
0 引言众所周知，在传统的整流电路中，晶闸管可控整流装置的功率因数会随着其触发角的增加而变坏，这不但使得电力电子类装置成为电网中的主要谐波因素，也增加了电网中无功功率的消耗。
PWM 整流电路是采用脉宽调制技术和全控型器件组成的整流电路，能有效地解决传统整流电路存在的问题。
通过对PWM 整流电路进行有效的控制，选择合适的工作模式和工作时序，从而调节了交流侧电流的大小和相位，使之接近正弦波并与电网电压同相或反相，不但有效地控制了电力电子装置的谐波问题，同时也使得变流装置获得良好的功率因数。
1 单相电压型桥式PWM 整流电路的结构单相电压型桥式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1 所示。
每个桥臂由一个全控器件和反并联的整流二极管组成。
L 为交流侧附加的电抗器，起平衡电压，支撑无功功率和储存能量的作用。
图1 中
uN(t)是正弦波电网电压；Ud 是整流器的直流侧输出电压；us(t)是交流侧输入
电压，为PWM 控制方式下的脉冲波，其基波与电网电压同频率，幅值和相位可控；iN(t)是PWM 整流器从电网吸收的电流。
由图1 所示，能量可以通过构成桥式整流的整流二极管VD1～VD4 完成从交流侧向直流侧的传递，也可以经全控器件VT1～VT4 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VT1～VT4 的脉宽调制方式而定。
因为PWM 整流器从交流电网吸取跟电网电压同相位的正弦电流，其输入端的功率是电网频率脉动的两倍。
由于理想状况下输出电压恒定，所以此时的输出电流id 与输入功率一样也是网频脉动的两倍，于是设置串联型谐振滤波器。
PWM控制原理(精编文档).doc
【最新整理，下载后即可编辑】PWM控制技术主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。
重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。
难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。
基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。
PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
第3、4章已涉及这方面内容:第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。
本章内容PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM 整流电路1 PWM控制的基本原理理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
冲量指窄脉冲的面积。
效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理：分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
单相桥式PWM逆变电路 2
单相全桥逆变电路——过程分析与仿真学院：电气工程学院班级：电自卓越111班组员：康宁李健方浩刘文娣目录1.摘要 (3)2.关键词 (3)3.问题描述 (4)4.分析计算.............................第5-7页5.仿真分析.............................第8-13页6.结论 (14)7.心得体会 (14)8.参考文献 (18)摘要逆变电路的应用十分广泛，在已有的各种电源中，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变电路。
在我们学习电力电子的最后阶段，为了更加深入的理解与掌握逆变电电路及PWM 控制技术，现针对单相VSI与PWM控制逆变分别进行研究、仿真、分析。
关键词：单相电压型逆变电路(VSI) PWM控制极性控制方式 Simulink仿真频谱分析1.问题描述对图1.1单相全桥逆变电路进行分析，其中U d =600V,R=10Ω，L=0.1H ，根据该电路所给参数回答下列问题：（1）电路采用180度导电方式，控制周期T C =20mS ，求)(o t u 、)(t i o ，并给出其频谱分布。
（2）采用SPWM 导电方式，f s =5000Hz ，u nef =2202sin （100πt ）,求)(o t u 、)(t i o 及其频谱分布。
2.分析计算 2.1基本原理针对问题（1）：单相全桥逆变电路的基本原理：主要由对角两组桥臂180°交替导通的控制方式，通过电压变向实现电流方向的交变（二极管在阻感负载时起续流作用）。
分析计算时，我们将电路分作两个状态，即如图示：图1.1单相逆变电(1)负载端加正向电压；(2)负载端加正向电压；两状态都可以列出一阶微分RL u iR dt di Lo ==+τ;0)1(2)1(2t 022222111ττττC C T t T t o o o o C Co tt o o o o C o e REeI i I i T t T E u e R Ee I i I i T E u --------=≤≤-=-+=≤≤=；解得：初值）、时（；解得：初值）、时（稳态后电流连续)2();(1221Co o C o o T i I T i I ==且由以上可以推测21o o I I -=则)1()2(22112o 1o ττC C T T o Co e RE eI T i I I ---+===-推得：2o 221o -11I e e R E I CC T T =+-=--ττ带入数据解得稳态后电流初值为727.27116011-=+-⨯--e e 则计算得到稳定后一个周期内⎩⎨⎧≤≤-≤≤=02.001.060001.00600t t u o ⎪⎩⎪⎨⎧≤≤--≤≤--=------02.001.0)1(60727.2701.00)1(60727.27-01.001.001.001.001.001.0t e e t e e i t t t t o 接着对ou 傅里叶分解进行谐波分析，因其是方波分解成......)5sin 513sin 31(sin 4+++t t t E ωωωπ 所以基波有效值为19.54021200=π电压谐波总畸变率为%343.4819.54019.540-60022u ==THD 可以看出电压谐波分量很大，那么电流中也一定含有大量谐波。
单相桥式整流逆变电路的设计及仿真..
辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：单相桥式整流/逆变电路的设计及仿真院（系）：电气工程学院专业班级：自动化111班学号： *********学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2013.12.30-2014.1.10课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号 1103020 学生姓名 专业班级课程设计（论文）题目单相桥式整流/逆变电路的设计及仿真课程设计（论文）任务 课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数 实现功能整流电路是将交流电能变成直流电供给直流用电设备，在生产实际中，用于电阻加热炉、电解、电镀中，这类负载属于电阻类负载。
逆变电路是把直流电变成交流电。
逆变电路应用广泛，在各种直流电源中广泛使用。
设计任务及要求 1、确定系统设计方案，各器件的选型 2、设计主电路、控制电路、保护电路； 3、各参数的计算；4、建立仿真模型，验证设计结果。
5、撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。
技术参数整流电路：单相电网220V ，输出电压0~100V ，电阻性负载，，R=20欧姆 逆变电路：单相全桥无源逆变，输出功率200W ，输出电压100Hz 方波 进度计划1、 布置任务，查阅资料，确定系统方案（1天）2、 系统功能分析及系统方案确定（2天）3、 主电路、控制电路等设计（1天）4、 各参数计算（1天）5、 仿真分析与研究（3天）6、 撰写、打印设计说明书（1天）答辩（1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩：总成绩： 指导教师签字： 年 月 日摘要整流电路是把交流电转换为直流电的电路。
大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。
逆变电路是把直流电变成交流电的电路，与整流电路相对应。
无源逆变电路则是将交流侧直接和负载连接的电路。
此次设计的单相桥式整流电路是利用二极管来连接成“桥”式结构，达到电能的充分利用，是使用最多的一种整流电路。
单相全桥PWM整流电路的工作原理
单相全桥PWM整流电路的工作原理
正弦信号波和三角波相比较的方法对图6-28b 中的V1~V4 进行SPWM 控制，就可以在桥的交流输入端AB 产生一个SPWM 波uAB。
uAB 中含有和正弦信
号波同频率且幅值成比例的基波分量，以及和三角波载波有关的频率很高的谐波，不含有低次谐波。
由于Ls 的滤波作用，谐波电压只使is 产生很小的脉动。
当正弦信号波频率和电源频率相同时，is 也为与电源频率相同的正弦波。
us 一定时，is 幅值和相位仅由uAB 中基波uABf 的幅值及其与us 的相位差决定。
改变uABf 的幅值和相位，可使is 和us 同相或反相，is 比us 超前90°，或使is 与us 相位差为所需角度。
PWM 整流电路的工作原理
图6-29 PWM 整流电路的运行方式向量图
(2)对单相全桥PWM 整流电路工作原理的进一步说明整流状态下:us 0 时，（V2、VD4、VD1、Ls）和（V3、VD1、VD4、Ls）分别组成两个升压斩波电路，以（V2、VD4、VD1、Ls）为例。
V2 通时，us 通过V2、VD4 向Ls 储能。
V2 关断时，Ls 中的储能通过VD1、VD4 向C 充电。
us 0 时，（V1、VD3、VD2、Ls）和（V4、VD2、VD3、Ls）分别组成两个升压斩波电路。
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单相PWM整流电路设计(电力电子课程设计)
重庆大学电气工程学院电力电子技术课程设计设计题目：单相桥式可控整流电路设计年级专业：****级电气工程与自动化学生姓名：*****学号： ****成绩评定：完成日期：2013年6月 23 日指导教师签名：年月日重庆大学本科学生电力电子课程设计任务书单相桥式可控整流电路设计摘要：本文主要研究单相桥式PWM整流电路的原理，并运用IGBT去实现电路的设计。
概括地讲述了单相电压型PWM整流电路的工作原理，用双极性调制方式去控制IGBT的通断。
在元器件选型上，较为详细地介绍了IGBT的选型，分析了交流侧电感和直流侧电容的作用，以及它们的选型。
最后根据实际充电机的需求，选择元器件具体的参数，并用simulink进行仿真，以验证所设计的单相电压型PWM整流器的性能。
实现了单相电压型PWM整流器的高功率因数，低纹波输出等功能。
关键词：PWM整流simulink 双极性调制IGBT目录1.引言1.1 PWM整流器产生的背景电力电子技术是现代电工技术中最活跃的领域，并且在电力系统中得到日益广泛的应用，它是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
电力电子技术根据用户对电能要求的不同，对电能进行不同形式的变换，实现电能更好的满足人们的需求，并通过功能和性能的提高，产生经济和社会效益。
电力电子技术的发展，促进了各种电能变换装置的发展，出现了各种以PWM变换为基础的电力电子装置，例如逆变电源、变频器、超导储能装置、新能源发电装置、有源电力滤波器、统一潮流控制器等等。
这些现代的电力电子装置中，许多都以直流电压为输入，或者中间级需要直流电压。
从最开始的二极管不控整流，到后来出现的晶闸管相控整流方式，这些整流装置都有共同的缺点，都会给电网带来谐波危害，其功率因数也不高。
特别是谐波对于电网是一种污染，谐波会影响线路的稳定运行，影响挂在电网中的变压器工作效率，损坏低压开关设备，对通信设备产生干扰等等[1]。
为了减少谐波危害，许多学者对新型整流装置做了大量的研究分析，为了实现整流装置输入电压与电流都正弦化，并且使其功率因数接近1，学者们研制出了高频PMW 整流器。
单相PWM整流器主电路参数选择探讨
文章编号:1000-1506(2000)04-0098-05单相PWM 整流器主电路参数选择探讨唐丽丽,郑琼林(北方交通大学机械与电气工程学院,北京100044)摘 要:分析并给出了单相PWM 整流器交、直流侧滤波参数的选择方法,并对功率因数为1和功率因数不为1且直流侧电压低于交流侧网压峰值的两种工况进行了仿真.仿真结果表明参数选择是正确的,并且当直流输出电压低于网压峰值时,交流电流仍可控.关键词:PWM 整流器;单位功率因数;仿真中图分类号:TM46115 文献标识码:AR esearch on Main Circuit Parameters Selectionof Single 2Phase PWM R ectif ierTAN G Li 2li ,ZHEN G Qiong 2lin(College of Mechanical and Electrical Engineering ,Northern Jiaotong University ,Beijing 100044,China )Abstract :A selection method for AC and DC filter parameters of single phase PWM rec 2tifier is analyzed and given.Simulation has been done for unity and non 2unity power factor with DC voltage higher than AC peak voltage.The results have shown the pa 2rameter selecting method is effective and the AC current can also be controlled when DC voltage is higher than AC peak voltage.K ey w ords :PWM rectifier ;unity power factor ;simulationPWM 变流器既可用作功率因数为1的AC/DC 整流器,为负载提供直流电能;又可用作输出频率可变的DC/AC 逆变器,构成交流调速系统;还可作为无功谐波补偿器,改善系统功率因数.电压型PWM 整流器的功能特点是交流侧电流可实时的跟踪指令信号的变化,且直流侧电压稳定可调.电力机车牵引系统采用长距离单相供电,如果采用单相PWM 变流器作为整流器不仅能提高电能利用率,并且能改善电网供电质量.但一些教材[1,2]中只是定性的分析PWM 变流器的原理,而实际应用中需要的参数选择方法却很少介绍,一些工程技术人员也是根据经验选择电路参数.针对这种情况,作者参考开关电源参数选择方法[3]对单相PWM 整流器参数选择进行推导,且所得结论稍加变化即可适用于三相PWM 变流电路.最后本文就单相PWM 整流器的参数选择和两种运行工况进行了仿真研究.收稿日期:2000203202作者简介:唐丽丽(1975—),女,吉林梨树人,硕士生.em ail :tllygo @.cm 2000年8月第24卷第4期 北 方 交 通 大 学 学 报JOURNAL OF NORTHERN J IAO TON G UN IV ERSIT Y Aug.2000 Vol.24No.41 主电路原理与系统控制方案单相PWM 整流器电路及相量图如图1所示.由理论分析知,单相PWM 整流器直流侧电流存在二次脉动,所以采用二次串联谐振滤波器进行滤波.由图1(a )知,当交流侧电流与网压同相时,交流侧输入电压基波有效值U i 一定大于网压有效值U s .而由图1(b )知,控制电流i s 滞后于u s 一个角度Φ,PWM 整流器仍处于整流工况,而U i 可能小于U s ,但此种情况下,系统功率因数降低.(a )原理图(b )相量图图1 单相PWM 整流器电路控制系统采用改进周期平均模型控制方案[4].该方案克服了常用滞环方法[5]开关频率不固定的缺陷,且动态响应速度快.其控制过程如下:直流电压输出值U d 与其设定值U 3d 的差值,即稳态误差通过PI 调节器后与同步信号相乘得到交流输入电流的参考值i 3s ,i 3s 与交流输入电流的差值通过比例放大器后得到电感L s 上电压u L ,向量 U L 与 U s 的差即为交流输入侧电压相量 U i ,u i 再与一定频率的三角波比较输出PWM 波控制器件的通断,从而实现闭环控制.2 电路主要参数选择2.1 交流侧滤波电感的选择由于控制方案对电感参数选择有一定的影响,所以分单极性调制和双极性调制两种情况对电感参数选择进行研究.(1)单极性调制方案 滤波电感L s 的大小一方面对输入电流的开关纹波有影响,另一方面也影响着实际电流的跟踪速度.此参数的选择直接影响系统的工作性能.直流侧电压选定后,交流侧电感设计对电源电流波形影响较大.忽略交流回路电阻可得变流器的工作方程为d i s d t =u s -u i L s ,其增量式为Δi s =T 0u s -u i L s,其中T 0为开关器件的开通或关断时间.实际电流在跟踪参考电流过程中,每个控制周期中电流波动的幅值应满足电流波动的最大峰值的要求,考虑最坏的工作情况是在相电压峰值附近,有Δi 1=U sm t on1L s , Δi 2=(U d -U sm )t off1L s (1)式中 U sm 为相电压峰值,t on1为电流峰值附近器件的开通时间,t off1为电流峰值附近器件的关断时间.99第4期 唐丽丽等:单相PWM 整流器主电路参数选择探讨又因Δi 1≤Δi sm ,Δi 2≤Δi sm ,故L s ≥U sm t on1/Δi sm .其中Δi sm 为交流电流变化最大值1推导可知:U i1=U im cos Φ=U sm ,其中U i1为u i 在电流峰值处幅值.由t off1=U i1T s U d =U sm T s U d , 有 t on1=U d -U sm U dT s ,其中T s 为开关周期.由推导可知L s ≥(U d -U sm )t off1Δi sm,将t off1代入上式可得L s ≥U sm (U d -U sm )T sΔi sm U d (2)可见,在电流峰值附近,由开通或关断时间推导出的电感下限值相同.L s 取值的大小,影响着实际电流的跟踪速度.L s 的取值应使实际电流能跟上所需电流的最大变化率.显然,在所需电流过零附近,电流变化率最大.因而,可得到下面的条件Δi s ≈U d L s t on2≥I sm sin (ωT s ),式中 I sm 为交流电流基波峰值,t on2为器件在电流过零点时开通时间,ω为电源电流角频率.由此推出L s ≤U d t on2I sm sin (ωt ).而当f s ≥2kHz 时,可认为sin (ωT s )≈ωT s ,从而得L s ≤U dI sm ω(3) (2)双极性调制方案 对双极性调制方案,交流侧输入电压U i 在器件T 1、T 4导通时为+U d ,在T 2、T 3导通时为-U d .则有Δi 1=(U sm +U d )t 23L s ,Δi 2=U d +U sm )t 14L s,且有Δi 1≤Δi sm ,Δi 2≤Δi sm ,从而有L s ≥(U d +U sm )t 23Δi sm , L s ≥(U d -U sm )t 14Δi sm (4)式中 t 23为器件T 2、T 3导通时间,t 14为器件T 1、T 4导通时间.已知电流峰值处有U i2=U sm ,其中U i2为u i 在电流峰值处幅值,则有(t 14-t 23)U d =T s U sm ,而t 23=T s -t 14,故t 14=(U d +U sm )T s 2U d ,t 23=(U d -U sm )T s 2U d将t 23、t 14的值代入式(4)得L s ≥(U 2d -U 2sm )T s 2Δi sm U d (5) 在电流过零附近电流变化率最大,即Δi 1-Δi 2≈U d t 23L s -U d t 14L s ≥I sm sin (ωT s ),则交流侧电感的上限取值L s ≤U d (T s -2t 14)I sm sin (ωT s )≤U d T s I sm sin (ωt ),而当开关频率f s ≥2kHz 时,可认为sin (ωt )≈ωT s ,则上式化为:L s ≤U dωI sm (6)001北 方 交 通 大 学 学 报 第24卷2.2 直流侧二次滤波器的选择单相桥式PWM 变流器直流输出电压除直流成分外,还含有二次谐波成分[5,6],为使输出电压更平直,系统采用一电感电容串联谐振滤波器滤除二次谐波.则有2ω=1/L 2C 2,电感L 2上电流i d2=U s I s U dsin (2ωt )=I d2m sin (2ωt ),其中I d2,max 为二次谐波电流最大值.电容C 2上的电压峰值为U C2,max =U d +I d2,max 2ωC 2,则有C 2≥I d2,max2ω(U C2,max -U d )(7)根据经验取U C2,max =111U d ,代入式(7)中得C 2≥700μF .取C 2=800μF ,则L 2=3.2mH.2.3 直流侧支撑电容的选择在脉冲整流器的设计中,直流侧滤波电容的选取也是一个关键性问题.由于直流侧已加二次滤波环节,则直流支撑电容C d 主要由交流电感储能变化决定.由能量守恒定律知,交流侧开关频率次电流脉动能量最大值等于支撑电容上能量脉动最大值,即12L s I sm +12Δi sm 2-12L s I sm -12Δi sm 2= 12C d U d +12ΔU dm 2-12C d U d -12ΔU dm 2,从而得到C d ≥L s r i I 2smr v U 2dm(8)式中 r i 为电源电流纹波系数,r v 为直流电压纹波系数.3 PWM 变流器参数设计举例及仿真结果3.1 参数设计举例设交流侧:f =50Hz ,U s =220V ,I s =50A ,r i ≤100%;直流侧:U d =500V ,r v ≤1%,f s =20kHz .则对单极性调制,由式(2)、式(3)得1.17mH ≤L s ≤2215mH ;而对双极性调制,由式(5)、式(6)得1.083mH ≤L s ≤22.5mH ,所以取:L s =2mH ,适合单极性及双极性调制两种方案.由式(8)得C d ≥200μF ,综合考虑后取C d =470μF .3.2 仿真结果用Saber 对系统在不同工况下的运行情况进行仿真,验证其参数选择的正确性.(1)功率因数为1的工况 取3.1节中所选参数对系统进行仿真研究,控制PWM 波的产生,使功率因数为1.仿真波形如图2示.可见,此种工况下,直流输出电压较平缓,其上波动是阻性负载情况下电容充放电的结果.且由仿真结果知,二次谐波电流均流过二次滤波器,达到较好的滤波效果.而交流侧输入电流与网压同相,功率因数为1,说明参数选择是正确的.(2)功率因数不为1的工况 控制直流侧输出电压低于交流侧网压峰值,验证其输入电流仍是可控的.控制直流侧输出电压U d =300V ,交流侧电流I s =100A ,则由上述公式计算得:L s =2mH ,C d =9400μF ,功率因数角Φ=36°,滤波器参数为:L 2=0.63mH ,C 2=4000μF .仿真波形如图3示.可见,输出电压在100ms 之后便达到设定值,且输出脉动很小.由此可知,输入系统的无功电流也被二次滤波器滤掉,系统功率因数小于1.101第4期 唐丽丽等:单相PWM 整流器主电路参数选择探讨(a )直流电压(b )交流电压与电流图2 功率因数为1时的波形图(a )直流电压(b )交流电压与电流图3 功率因数不为1时的波形图4 结论由仿真结果可知,本文给出的单相PWM 脉冲整流器的参数选择方案是可行的.利用单相PWM 脉冲整流器,可使得象电力机车等单相负载的输入功率因数为1,此时直流侧输出电压高于交流输入侧电压的峰值.也可利用它控制交流侧电流为正弦波,且相位滞后于网压一个角度,使直流侧输出电压低于交流侧电压,显然,这一工况可降低系统的功率因数.参考文献:[1]邵丙衡.电力电子技术[M ].北京:中国铁道出版社,1997.125-131.[2]黄俊,王兆安.电力电子变流技术[M ].北京:机械工业出版社,1995.208-211.[3]叶治政,叶靖国.开关稳压电源[M ].北京:高等教育出版社,1993.10-22.[4]董晓鹏,王兆安.基于改进周期平均模型的PWM 整流器控制[J ].电力电子技术,1999,33(2):11-14.[5]詹长江,陈坚.滞后电流控制的PWM 电压型高频整流电源研制[J ].电力电子技术,1996,30(5):29-32.[6]张加胜.电压型PWM 四象限变流系统的研究[D ].北京:北方交通大学,1997.201北 方 交 通 大 学 学 报 第24卷。
PWM控制算法分析
PWM控制电路的基本构成及工作原理摘要：介绍了PWM控制电路的基本构成及工作原理，给出了美国Silicon General公司生产的高性能集成PWM控制器SG3524的引脚排列和功能说明，同时给出了其在不间断电源中的应用电路。
关键词：PWM SG3524 控制器引言开关电源一般都采用脉冲宽度调制（PWM）技术，其特点是频率高，效率高，功率密度高，可靠性高。
然而，由于其开关器件工作在高频通断状态，高频的快速瞬变过程本身就是一电磁骚扰（EMD）源，它产生的EMI信号有很宽的频率范围，又有一定的幅度。
若把这种电源直接用于数字设备，则设备产生的EMI信号会变得更加强烈和复杂。
本文从开关电源的工作原理出发，探讨抑制传导干扰的EMI滤波器的设计以及对辐射EMI的抑制。
1 开关电源产生EMI的机理数字设备中的逻辑关系是用脉冲信号来表示的。
为便于分析，把这种脉冲信号适当简化，用图1所示的脉冲串表示。
根据傅里叶级数展开的方法，可用式（1）计算出信号所有各次谐波的电平。
式中：An为脉冲中第n次谐波的电平；Vo为脉冲的电平；T为脉冲串的周期；tw为脉冲宽度；tr为脉冲的上升时间和下降时间。
开关电源具有各式各样的电路形式，但它们的核心部分都是一个高电压、大电流的受控脉冲信号源。
假定某PWM开关电源脉冲信号的主要参数为：Vo=500V，T=2×10－5s，tw=10－5s，tr=0.4×10－6s，则其谐波电平如图2所示。
图2中开关电源内脉冲信号产生的谐波电平，对于其他电子设备来说即是EMI信号，这些谐波电平可以从对电源线的传导干扰（频率范围为0.15～30MHz）和电场辐射干扰（频率范围为30～1000MHz）的测量中反映出来。
在图2中，基波电平约160dBμV，500MHz约30dBμV，所以，要把开关电源的E MI电平都控制在标准规定的限值内，是有一定难度的。
2 开关电源EMI滤波器的电路设计当开关电源的谐波电平在低频段（频率范围0.15～30MHz）表现在电源线上时，称之为传导干扰。
pwm整流
0.39
0.4
0.41
0.42
0.43
0.44
0.45
0.46
us is
R=3Ω
0.39
0.4
0.41
0.42
0.43
0.44
0.45
0.46
间接电流控制方式易受负载变化、调节器参数变化和 电阻、电感参数的影响。可能会出现控制误差。此外， 电路的升压倍数也要影响系统的响应过程。
0.15
0.16
0.17
0.18
0.19
0.2
0.21
直接电流控制的输入交流侧电流快速跟踪电流指令，动 态响应速度快，限流容易，参数的变化对交流电压的波 形影响不大。
PWM整流电路
能将输入的交流变成直流，也可将直流逆变成交流电 回馈电网。无论整流或逆变其电网侧的电流与电同 相位、波形近似正弦，功率因数接近单位值。其电路 结构如下：
T1 LN D1 T2 D2 L2 Us(t) C2 T4 D4 T3 D3 Cd Ud
R
iN(t)
UN(t)
若只考虑基波分量，忽略谐波分量，这有下面矢量方程式 成立。
D I A
E
O
VL C VR
V
B
D V
VR VL O B
A
E
I
C
V 超前 E 的相角为 θ ， I 和 E 的相位正好相反，电路 工作在逆变状态，实现了 能量的回馈。此时 PWM 整流器网侧呈现负阻特性 。 V超前E的相角为θ ，I滞 后E的相位90度，此时 PWM 整流器网侧呈现纯 感性特性。
E V ( jL R) I V VL VR
单相PWM整流器控制
基于电流模式控制的整流器控制技术
基于电流模式控制的整流器控制技术可以实现对电流 的快速响应和精确控制。
PI控制器设计与参数调节
PI控制器可以实现对单相PWM整流器的精确控制与稳定性的提高， 需要经过参数调节号的采集与处理
通过电压传感器对电压进行采集和处 理。
通过调节控制器的参数来保证电流控 制效果的稳定和精确。
谐波抑制技术
谐波抑制方法和技术
谐波抑制技术可以采用主动滤波和无源滤波等方法。
1
2
3
谐波产生原因和影响
单相PWM整流器的谐波会引起负载共振、损耗和电磁 干扰等问题。
主动滤波和无源滤波技术介绍
主动滤波技术可以实现快速响应和高效抑制谐波、无源 滤波技术则实现了节省成本和降低噪声等优势。
单相PWM整流器控制
本简报介绍了单相PWM整流器的应用领域、工作原理和优势，以及 整流器基础知识与原理，控制策略和技术，电压闭环控制，电流闭环 控制，谐波抑制技术，故障检测与保护，系统稳定性分析，性能评估 与实验验证，应用案例与发展趋势等。
单相PWM整流器的应用领域
单相PWM整流器广泛应用于交流电源、光伏发电、电力电子变换器 等领域。通过对交流电的变换和控制，可以实现对各种负载的精确控 制。
应用案例与发展趋势
单相PWM整流器在电力系统中的应用案例
单相PWM整流器可以在电力系统中实现对瞬态电压和 电流的控制，提高电力系统的性能。
单相PWM整流器的发展趋势和前景
单相PWM整流器未来的发展趋势是高效、可靠、稳定 性更高等多个方面的提升。
总结与展望
单相PWM整流器控制的主要观点总结
本简报对单相PWM整流器的应用领域、工作原理与优 势、基础知识与原理、控制策略和技术、故障检测与 保护、性能评估与实验验证等进行了全面的介绍。
单相桥式全控整流及有源逆变电路的MATLAB仿真
学号02天津城建大学控制系统仿真大作业单相整流—逆变电路仿真模型学生姓名王飞虎班级13电气12班成绩控制与机械工程学院2014年 6 月 20 日目录一、仿真电路原理图： ............................................. 错误!未定义书签。
二、单相桥式不可控整流原理： ..................................... 错误!未定义书签。
三.电路搭建 ...................................................... 错误!未定义书签。
四.元件提取 ...................................................... 错误!未定义书签。
五.参数设置 ...................................................... 错误!未定义书签。
六.结果分析 ...................................................... 错误!未定义书签。
七.结论： ........................................................ 错误!未定义书签。
参考文献： ....................................................... 错误!未定义书签。
绪论：整流(AC/DC)就是整流，是指将交流电变换为直流电称为AC/DC变换，这正变换的功率流向是由电源传向负载，称之为整流。
逆变(DC/AC)，按负载性质的不同，逆变分为有源逆变和无源逆变。
如果把逆变电路的交流侧接到交流电源上，将直流电能经过直—交变换，逆变成与交流电源同频率的交流电返回到电网上去，叫有源逆变，其相应的装置是有源逆变器。
而将直流电能经过变换逆变成交流电能直接消耗在非电源性负载上者，叫无源逆变，其相应的装置是变频器。