PWM變換器的研究概述目錄TOC\o"1-3"\h\u3285PWM變換器的研究概述 1227221.1PWM變換器的基本原理 1137941.2變換器的基本電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 144771.3PWM變換器數(shù)學(xué)模型 5180861.1.1三相靜止坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型 5254611.1.2兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 6234491.1.3兩相的同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 7首先，簡(jiǎn)要概述了電壓型的三相PWM轉(zhuǎn)換器的工作原理。然后介紹了幾種具有電壓模式的常見PWM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。最后，基于三相靜止坐標(biāo)系，兩相靜止坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電壓，給出了電壓型PWM變換器的數(shù)學(xué)模型。1.1PWM變換器的基本原理PWM全稱為脈沖寬度調(diào)劑技術(shù)，它是一種對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字輸出的技術(shù)。這種技術(shù)在信號(hào)測(cè)量、通信等方面的應(yīng)用廣泛。PWM變換器由直流回路、交流回路和IGBT橋組合而成，由于其強(qiáng)大的性能優(yōu)異的特性，PWM整流器已成為開發(fā)人員密切關(guān)注的主題。PWM整流器可實(shí)現(xiàn)各種電流，控制功率因數(shù)并快速執(zhí)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)。為了便于從直流側(cè)向電網(wǎng)側(cè)輸送電力，PWM整流器能夠在四個(gè)象限中運(yùn)行，因此可以在逆變器或AC-DC整流狀態(tài)下運(yùn)行[13]。1.2變換器的基本電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下圖3-1所描述的是單相電壓型的基本拓?fù)潆娐?。其中半橋和全橋的結(jié)構(gòu)是不相同的，在比較下我們可以看出全橋比半橋的多一個(gè)橋臂，而半橋比全橋多一個(gè)電容器并且半橋的兩個(gè)電容器的連接方式是串聯(lián)的方式。除此之外半橋和全橋在別的方面沒有區(qū)別。消除電網(wǎng)側(cè)電流差異的部分取決于電感器。半橋電容器的驅(qū)動(dòng)不如全橋電容器好，因?yàn)樗▋蓚€(gè)串聯(lián)的電容器，因?yàn)榭刂齐娙萜鞯闹悬c(diǎn)通常不會(huì)移動(dòng)，因此獲得與全橋電容器相同性能的唯一方法是均衡電容器并要求輸入兩倍的直流電壓和更高的額定耐壓。但是，半橋也有其優(yōu)勢(shì)所在，我們從圖可以看出使用半橋設(shè)計(jì)的方式時(shí)可以少利用兩個(gè)開關(guān)管，因此半橋在花費(fèi)方面將比全橋便宜得很多[16]。 （a）半橋 （b）全橋圖3-1單相電壓型的拓?fù)潆娐啡鐖D3-2所示為三相電壓型的基本拓?fù)潆娐?。其中功率開關(guān)管是由三個(gè)橋組成。三相全橋網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)四線網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)變壓器。事實(shí)上，它使用并聯(lián)的三個(gè)獨(dú)立的單相全橋電路構(gòu)成一個(gè)三相全橋電路。與三相半橋電路相比，無論何種情況，其特性都不會(huì)發(fā)生明顯變化。但是在實(shí)際的生活中三相單橋因?yàn)槠漭^為廉價(jià)的特性而較為廣泛的使用[15]。 （a）半橋（b）全橋圖3-2三相電壓型的拓?fù)潆娐啡缦聢D3-3所展示的是三相三電平電壓型的基本拓?fù)潆娐?。這種拓?fù)潆娐肥遣煌昝赖模幸粋€(gè)小小的問題存在，在開關(guān)的頻率較低情況下，則交流側(cè)的電壓諧波會(huì)增加。還需要增加功率開關(guān)管的額定電壓，若電路的電壓較高，則電路所消耗的成本會(huì)增加。這種電路存在著六個(gè)開關(guān)管，這六個(gè)開關(guān)管采用串聯(lián)的連接方式，這些開關(guān)管以可改變輸出電壓的方式。這種設(shè)計(jì)還有效地解決了高壓的問題并且可以給我們帶來許多的便利[14]。 圖3-3三相三電平電壓型拓?fù)潆娐?.3PWM變換器數(shù)學(xué)模型1.1.1三相靜止坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型電壓的平衡方程為（3-1）式中為三相的電壓值大小，為三相的電流值大小，為三相輸入得電感值,是電阻值,為電容值,是直流母線電壓值，為直流電流值大小，為負(fù)載,功率開關(guān)管的開關(guān)函數(shù)為（3-2）由上式公式可得知，然后代入開關(guān)函數(shù)可得，若，那么；如果，則。所以，將其與（3-1）中的三項(xiàng)相加，便可得出（3-3）再由,得出（3-4）將上公式（3-4）代入上式（3-1），可以得出 （3-5）綜上可知，三個(gè)橋臂一共可以拆分為8種不同得組合?？杀硎緸椋?-6）據(jù)基爾霍夫定律又可得知（3-7）然后合并上式(3-5)和上式(3-7)，于是就可得知三相靜止的坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。（3-8）1.1.2兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型利用Clark變換后就可以得出在兩相靜止的坐標(biāo)系下的模型。將（3-8）變換為矩陣（3-9）（3-10）逆變換矩陣 （3-11）由上式(3-9)至上式(3-11)，我們可得出兩相靜止的坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為（3-12）1.1.3兩相的同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型使用Park變換就可以將兩相靜止坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化為兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程首先Park矩陣變換（3-13）