PWM技術及其在控制中的應用1.PWM產生的背景傳統的整流方式通常采用二極管不可控整流方式或者晶閘管相控整流方式。傳統的整流器存在如下缺點:（1）整流器從電網吸取畸變的電流，造成電網的諧波污染;（2）由于整流器件結構的單向性，直流側能量無法回饋電網;（3）整流電路在深控狀態下網側功率因數低；（4）由于整流器件的不可控或不完全可控，系統動態響應慢；傳統的整流電路產生了大量的無功功率和諧波，對電網造成了嚴重的污染。主要體現在:（1）無功功率會導致電流增大和視在功率增加，使設備容量增加；（2）無功功率增加，會使線路總電流增加，造成設備和線路損耗增加;并且使線路電壓降增大，沖擊性的無功負載還會使電壓劇烈波動；（3）諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，使電氣測量儀表不準確；（4）諧波影響電氣設備的正常工作，使設備過熱，絕緣老化，壽命縮短以致損壞；（5）諧波會引起電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，諧波引起的危害倍增，甚至引起嚴重事故；提高功率因數、抑制和消除諧波已成為電力電子技術中的重大課題，其中PWM整流器現在已經成為大家關注的焦點。PWM(PulseWidthModulation)整流器是采用全控型器件組成的高頻整流電路。與傳統的二極管整流器或晶閘管整流器相比，它具有以下特點，這恰好彌補了二極管整流電路的不足：（1）具有能量雙向流動：即當直流側電壓高于電源側電壓峰值時，能實現DC-AC逆變，將能量回饋到電網；（2）網側電流諧波低；（3）高功率因數，理論上可以達到1；其實我們在控制中如果利用功率定向控制，只要把無功功率的參考值設為0，即可實現功率因數1；（4）恒定直流電壓電流控制；2國際，國內研究現狀從20世紀80年代后期開始，高功率因數PWM整流技術就己經成為國內外研究的熱點。目前開發出的新型高功率因數PWM整流器可以以多種形式應用于電力系統。（1）中小功率的整流器主要應用于高精度、要求動態響應快的AC/DC轉換，如充電電源；（2）中大功率的整流器主要應用在傳動和UPS領域；產品如許繼電源公司研制的30~100kVA三相輸出和30~50kVA單相輸出的大功率UPS；在傳動領域，富士電機公司研制出了新型雙PWM交流調速系統:大功率的整流器可以應用于柔性交流輸電系統(FACTS)和新型靜止無功發生器(AVSG)等領域。3.PWM整流器的分類（1）按輸出濾波方式分為：電壓型和電流型；電流型PWM整流器輸出端采用串聯濾波電感以維持輸出電流低紋波，具有近似電流源的特性。

電流型PWM整流器又稱為Buck型整流器，如圖2-1所示。交流側由L,C組成二階低通濾波器，以濾除交流側電流中的開關諧波;直流側接大電感，使直流側電流近似為平滑的直流。開關器件由可控器件與二極管串聯組成擴以提高器件的反向阻斷能力。與電壓型PWM整流器相似，電流型PWM整流器具有四象限運行的能力.不知之處：由于需要較大的直流儲能電感，以及交流側LC濾波環節所致的電流畸變、振蕩等問題，使其電路結構和控制相對復雜，從而制約了電流型電路的應用和研究。電流型PWM整流器結構圖：電壓型PWM整流器電壓型PWM整流器是以輸出端并聯濾波電容

以維持輸出電壓低紋波，具有近似電壓源的特性。由于其電路結構簡單，便于控制，響應速度快，目前研究及實際應用較多的是電壓型電路。4.系統的控制策略從瞬態電流的控制角度上根據是否直接檢測瞬態輸入電流作為反饋控制電流可分為：直接和間接電流控制。（1）間接電流控制(IndirectCurrentControl)又稱為幅相控制，系統電流控制是建立在穩態矢量關系基礎上的，通過對整流器交流側電壓基波分量的幅值和相位進行控制，間接實現對網側電流的控制。優點：不需要電流互感器，控制簡單，易于實現。缺點：（a）系統動態性能不佳，整流器的輸入電感具有較大時間常數，而幅相控制沒有采取任何措施補償電感的時滯作用;（b）動態過程中存在直流電流偏移和很大的電流過沖，而控制器本身沒有限流功能，因而需要有過流保護;（c）控制信號的運算過程中用到電路的參數，控制信號對系統參數的波動較為敏感。改進辦法：引入電流微分或動態解耦的串聯補償，利用零極點對消的原理可以改善整流器的電流響應特性，在間接電流控制基礎上增加功率因數角閉環，通過模糊控制器對交流側電壓幅值和相位進行前饋補償，可以使PWM整流器在電網電壓波動或電路參數變化等擾動下保持單位功率因數和穩定的直流輸出電壓。這些改進方案的提出，可以促進間接電流控制實用化。(2)直接電流控制直接電流控制(DirectCurrentControl)與間接電流控制主要區別在于引入了電流環，提高了系統的動態響應速度。對網壓而言，電流內環實質起到前饋作用;控制電路具有限流保護能力，由于系統在每一個載波周期都對電流進行比較，因此故障情況下過電流保護迅速，可靠性高。該控制方案物理意義清晰，控制電路簡單，控制效果良好。直接電流控制中雙閉環控制是目前應用最廣泛，最實用化的控制方式，其中電壓外環是控制直流側電壓的，并給電流內環提供指令電流;電流內環則根據指令電流進行電流快速跟蹤控制.直接電流控制原理圖：三相電流型PWM整流器有兩個被控變量:直流側電流和網側電流。直流側電流的控制目標主要是要求整流器直流側提供恒定的直流電流，為此要求控制具有良好的抗擾性能;而交流電流的控制目標主要是實現整流器網側電流的正弦波控制，甚至要求網側電流與電壓同相位，因此網側電流的控制更側重電流的跟隨性能。因此六，為溜了實穴現整前流器畏輸出泛直流附電流懇的恒花定和青輸入家端接鎖近單皺位功瞇率因慕數，些三相古電流咐型PW討M整流浴器的倍控制攔實際暑上是阿一個雙環愿控制扮系統。外環是直流嗚電流弱控制添環，其大目的被一般宋是保巨持的恒摔定。盯在直蕉流電既流環鈔中，迎采樣電的直健流電插流與年給定侄值進躲行比甚較，猾產生金的誤裂差經施過PI調節盜后，瓜輸出秋作為呈整流終器的甘網側生電流族峰值袖指令父，，將矩與裹同步穿信號(單位彎幅值稈正弦殼波)相乘霜，作蓄為網冰側電加流指揮令信金號，由隔及組成值交流毅電流書控制存環，屈其目吐的是您要求夸網側覺電流跟蹤逃給定粒電流，也炊即實趨現了夸網側論電流昨對網主側電妄壓的持相位育跟蹤果。從開巷關邏蛋輯形爆成的水角度壁來分難，主網要有恭三類施：空間依矢量嚷脈寬典調制(S胳VP盼WM狡)直接籮功率雅控制(D晉PC血)PW雄M調制委控制(P喪MC城)。空間筑矢量喬脈寬脈調制(S仁VP牌WM虜)空間乒矢量乳脈寬對調制樹（SV其PW宏M)是目楚前應森用廣炸泛的都高頻豬調制震方式懂。特點輕：（1）它粥具有完直流旦電壓坊利用吉率高機；（2）開物關次傲數少編；（3）易露于實擴現數談字控棵制的藥優點；工作開原理鋪：在系屬統瞬村時功停率不疲變的夢前提堡下，脅將三異相靜吃止坐陜標系擁下的痛整流嗽橋相斗電壓成變換只到兩譜相靜尤止坐姥標系攔下（即3/回2變換連），用一商個模國為2U鍛o/摔3的空辨間電使壓矢蜘量在靠復平叮面上蠟表示泉出來家。由于鎮三相VS讀R開關寧是雙艙電平濤控制煩，電伴壓矢層量只顆有2*托2*托2稿=碗8種，酬其中Uo(0，0，0)、U7約(館1,樣1榜,1羅)為零袖矢量鬼，其序余6個非冤零矢叨量對團稱均茫勻分居布在賀復平惰面上懲。在巧每個毒開關限周期岸中對縱任何鞠給定摸空間腫電壓既矢量U均可加用相豪鄰兩嶄個有區效開遍關矢汪量和采零矢謠量來緒等效喘。在一重個載馳波周幅期內圣，開放關管鋒的導籃通總籍是以神零矢往量開河始并逢以零各矢量鞭結束雁。如果U在復淋平面揚上勻搞速旋賭轉，撿就對湯應得垂到了傷三相映對稱行的正綿弦量稈。受稅到開當關頻量率和龍矢量啊組合仇限制厘，U的等棒效矢踢量只逼能以眾某一澤步進沸速度室旋轉因此圓矢量廳端點熔的運釋動軌謀跡是獄一個項多邊器形準抓圓軌煌跡，PW田M開關削頻率室越高餅，步肯進間褲隔越頁小，止多邊涌形準融圓軌幫跡就拉越接五近于快圓形航。特點:這種林高功頌率變腹換器巷