PWM整流电路工作原理

1.单相PWM整流电路

单相桥式PWM整流电路如图1所示。按照自然采样法对功率开关器件VT₁～VT₄进行SPWM控制，就可在全桥的交流输入端AB间产生出SPWM波电压 。 中含有和正弦调制波同频、幅值成比例的基波，以及载波频率的高次谐波，但不含低次谐波。由于交流侧输入电感L_s的作用，高次谐波造成的电流脉动被滤除，控制正弦调制波频率使之与电源同频，则输入电流 也可为与电源同频正弦波。

单相桥式PWM整流电路按升压斩波原理工作。当交流电源电压 时，由VT₂、VD₄、VD₁、Ls和VT₃、VD₁、VD₄、Ls分别组成两个升压斩波电路。以VT₂、VD₄、VD₁、Ls构成的电路为例，当VT₂导通时， 通过VT₂、VD₄向Ls储能；当VT₂关断时，Ls中的储能通过VD₁、VD₄向直流侧电容C充电，致使直流电压 高于 的峰值。当 时，则由VT₁、VD₃、VD₂、Ls和VT₄、VD₂、VD₃、Ls分别组成两个升压斩波电路，工作原理与 时类似。由于电压型PWM整流电路是升压型整流电路，其输出直流电压应从交流电压峰值向上调节，向低调节会恶化输入特性，甚至不能工作。

图1  单相PWM整流电路

输入电流 相对电源电压 的相位是通过对整流电路交流输入电压 的控制来实现调节。图5-47给出交流输入回路基波等效电路及各种运行状态下的相量图。图中 分别为交流电源电压 、电感 上电压 、电阻 上电压 及输入电流 的基波相量， 为 的相量。

图2  PWM整流电路输入等效电路及运行状态相量图 

图（b）为PWM整流状态，此时控制 滞后 的一个 角，以确保 与 同相位，功率因数为1，能量从交流侧送至直流侧。

图（c）为PWM逆变状态，此时控制 超前 的一个 角，以确保 与 正好反相位，功率因数也为1，但能量从直流侧返回至交流侧。从图（b）、（c）可以看出，PWM整流电路只要控制 的相位，就可方便地实现能量的双向流动，这对需要有再生制动功能、欲实现四象限运行的交流调速系统是一种必须的变流电路方案。

图（d）为无功补偿状态，此时控制 滞后 一个 角，以确保 超前 90º，整流电路向交流电源送出无功功率。这种运行状态的电路被称为无功功率发生器SVG（Static Var Generator），用于电力系统无功补偿。

图（e）表示了通过控制 的相位和幅值，可实现 与 间的任意相位 关系。

2.三相PWM整流电路

三相桥式PWM整流电路结构如图3所示，其工作原理同单相电路，仅是从单相扩展到三相。只要对电路进行三相SPWM控制，就可在整流电路交流输入端A、B、C得到三相SPWM输出电压。对各相电压按图3（b）相量图控制，就可获得接近单位功率因数的三相正弦电流输入。电路也可工作在逆变状态或图5-47（d）、（e）的运行状态。 

图3  三相桥式PWM整流电路