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双PWM变换器工作原理及其优缺点

和适用范围

姓名：刘健学号：2015282070173

脉宽调制（PWM）技术就是控制半导体开关元件的通断时间比，即通过调

节脉冲宽度或周期来实现控制输出电压的一种技术。由于它可以有效地进行写拨

抑制，而且动态响应好，在频率、效率诸方面有着明显的优势，因而在电力电子

变换器逆变中广泛应用，其技术也日益完善。PWM控制技术在逆变电路中的应

用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻。现在大量应用的逆变电路中，绝大

部分都是PWM逆变电路。可以说PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应

用，才发展得比较成熟，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。现对双PWM

电路的主电路和控制电路的设计如下：

1基本原理

双PWM交—直—交电压型变换器的主电路如图1所示：

图1双PWM交—直—交电压型变换器的主电路

变换器的2个PWM变换器的主电路结构完全相同,三相交流电源经PWM

整流器整流，再经PWM逆变器逆变为频率和幅值可调的交流电，带动三相电阻

负载。整流器和逆变器触发电路的设计是变换器设计的核心。

2整流电路

从PWM整流器的功能可见，PWM整流器应该是一个其交、直流侧可控

的四象限运行的变流器。目前，PWM整流器分成两个大类:一、电压型PWM整

流器，二、电流型PWM整流器。它们两种结构在主电路拓扑结构、PWM信号

发生、控制策略等方面都有各自的特点，而且两者在电路上是对偶的。

2.1电压型整流器(VSR)

电压型（VoltageSourceRectifier--VSR）PWM整流器有个明显的特点

就是直流侧一般采用电容进行直流储能。这样一来就使得VSR直流侧呈现低阻

抗电压源特性。其拓扑结构有以下三种：图2.1（a）就是单相半桥VSR拓扑结

构，图2.1（b）是单相全桥VSR拓扑结构，图2.1（c）是三相六开关VSR拓

扑结构。

图2.1（a）单相半桥

图2.1（b）单相全桥

图2.1（c）三相六开关拓扑结构

由上图2.1(a)可知，单相半桥VSR拓扑结构中，相比而言比较的简单，

只有一个桥臂用了IGBT开关，另一个则是由两个电容串联而成。这种结构适合

于价格低，成本低，小功率的场合。

而在全桥VSR拓扑结构里，如图2.1(b)，则采用了4个IGBT开关。两

个电路里每个IGBT都反并联一个续流二极管，可以保证无功电流的流动。其中

电容的作用是均压和储能，但是这种拓扑结构对电容的数值要求比较高，系统对

死区也比较的敏感，所以其控制算法和策略方面仍然处于研究阶段。

从图2.1(c)可以看出三相VSR主电路由交流侧三相电感、三相全控桥、

直流侧滤波电容组成。由于三相半桥VSR比较适合于三相电网平衡的系统，如

果电网三相不平衡，控制性能会恶化，甚至于不能正常工作。为了解决这个问题，

可以采用三相全桥VSR设计，本质上是三个独立控制的单相半桥VSR的组合。

本文设计的整流器即为这种类型。

2.2电流型整流器(CSR)

电流型（CurrentSourceRectifier--CSR）PWM整流器拓扑结构最明显

的特点是直流侧采用电感存储能量，从而使得CSR直流侧呈现出高阻抗的电流

源特性。CSR跟VSR一样，有单相和三相两种不同的结构。

图2.2（a）单相CSR拓扑结构图2.2（b）三相CSR拓扑结构

上图2.2（a）中所示的单相CSR拓扑结构，它与单相了一个滤波电容，作

用是和电感一起构成LC