《PWM整流器及其控制》读书笔记-第二章-PWM整流器拓扑结构及原理

一、PWM整流器基本原理

1、PWM整流器优点

（1）网侧电流为正弦波

（2）网侧功率因数控制，可以实现单位功率因数控制（PWM整流状态时，网侧电压电流同相，正阻特性；PWM逆变状态时，网侧电压电流反向，负阻特性）

（3）电能双向传输

（4）较快的动态控制响应

2、基本原理分析方法：交流测矢量关系图。

可以得出，要实现PWM整流器的四象限运行，关键在于网侧电流的控制，一方面可以通过控制PWM整流器交流测电压，间接控制；另一方面可以通过直接控制交流测电流。

3、电压型PWM整流器的拓扑结构分类：

（1）单相半桥、全桥VSR：在相同的交流测电路参数下，要使单相半桥VSR和单相全桥VSR获得相同的交流电流控制特性，半桥电路直流电压应该是全桥电路直流电压的两倍，开关管耐压特性需要提高。

（2）三相半桥、全桥VSR：半桥适用于三相平衡电路，不平衡会失稳。

（3）多电平VSR

（4）基于软开关的VSR

4、电流型PWM整流器需要在功率开关管支路上串联二极管，阻断反向电流

二、VSR分析

1、单相VSR分析

（1）双极性调制

a、二值逻辑开关函数，其基波分量为p（t）=msin(wt+φ)，其中m为调制度（在调制波即三角波幅值为1的时候，载波的幅值应该小于1，所以调制度应该小于1，但是得到的开关函数的幅值还是1，再用开关函数去控制开关，得到的波形和开关函数波形相同，幅值变为直流分量，所以基波分量为幅值m*直流分量）

b、波形分析：

分析顺序：交流测电压波形：电感电压波形：交流测电流波形：直流侧电流波形：直流侧电压波形

（2）单极性调制

a、三值逻辑函数

b、波形分析：

2、三相VSR分析（只分析三相半桥）

a、开关模式：一共有八种001、010、。。。。

b、波形分析：

交流测电压Va0=VaN+VN0，其中VN0可以有VaN、VbN、VcN得到，而VaN则可以由开关逻辑函数得到VaN=Sa*Vdc （Sa=0/1）。由于VN0的耦合关系，所以三相VSR的任意一相还收到其他两项PWM开关状态的影响

直流侧电流分析方法：利用交直的功率平衡关系： $\sum_{j=abc} i_{j}v_{jN}=i_{dc}v_{dc}$ ，得到 $i_{dc}=i_{a}s_{a}+i_{b}s_{b}+i_{c}s_{c}$

直流侧电压分析：利用直流侧电流和直流侧电压的传递函数

三、CSR分析

1、单相CSR分析

（1）双极性

分析步骤：直流侧电流——交流测电流——网侧电流（通过交流测电流和网侧电流之间的传递函数）——交流测电压（认为是基波分量）——直流侧电压（交流测电压和开关函数基波分量相乘）——直流侧电流（直流侧电压和直流侧电流传递函数）

（2）单极性

2、三相CSR分析

（1）采用三值逻辑PWM信号发生技术

（2）任何开关过程，上桥臂和下桥臂各允许一个桥臂导通

（3）波形分析：

交流测电流（因为任何时刻上下桥臂只有一个导通，所以每个桥臂的电流可以描述为 $i_{jt}(t)=i_{dc}(t)\sigma _{j}(j=a,b,c)$ ）——网侧电流（传递函数）——直流侧电压（根据功率平衡关系可以推出 $v_{dc}(t)=\sum_{j=a,b,c}v_{jt}(t)\sigma _{j}$ ，从而得到 $v_dc(t)=\frac{3}{2}mV_{m}cos(\theta -\varphi )$ ）