基于直接功率控制的三相PWM整流器的研究精.docx
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基于直接功率控制的三相PWM整流器的研究精
江苏大学
硕士学位论文
基于直接功率控制的三相PWM整流器的研究
姓名：
仲雁斌
申请学位级别：
硕士
专业：
电气工程
指导教师：
和卫星
20120612
摘要
随着现代电力电子技术、微电子技术以及计算机技术的发展，以ＰｗＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）技术为基础的功率变换装置得到了越来越广泛的应用。
Ｐ删整流具有高功率因数、低谐波污染、能量双向流动、小容量储能环节、恒定直流电压控制等优点，在电力系统有源滤波、无功补偿、潮流控制、太阳能发电以及交直流传动系统等领域，具有越来越广阔的应用前景。
传统的整流装置是电网污染的主要来源，三相电压型ＰｗＭ整流器具有输出电压恒定、实现单位功率因数运行的特点，并可以实现电能回馈电网。
本文主要研究基于直接功率控制的功率因数校正装置的设计。
详细分析了三相电压型ＰｗＭ整流器原理、拓扑结构、数学模型、以及控制策略，并分别在三相静止坐标系（ａ、ｂ、ｃ）、两相静止坐标系（Ｑ，ｐ）和两相旋转坐标系（ｄ，ｑ）下建立数学模型。
采用直接功率控制的空间矢量脉宽调制（ＳＶＰｌ；｜『Ｍ）技术，详细分析了直接功率控制和ＳＶＰｗＭ控制原理和实现，给出了三相ＰｗＭ整流器主电路及其辅助电路的设计，电感、电容的设计。
本文在￣ｌａｔｌａｂ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下对基于直接功率控制的三相ＰｗＭ整流器进行了系统仿真。
根据仿真设计，在实验室以ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ为控制核心，以ＩＰＭ为功率开关器件搭建了三相ＰｗＭ整流器的实验平台。
实验结果与仿真结果吻合，验证了直接功率控制策略的正确性和可行性。
关键词：
波ＰｗＭ整流器，空间矢量脉宽调制，直接功率控制，功率因数，谐
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＤｉｒｅｃｔＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＴｈｒｅｅ．ｐｈａｓｅＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒ
ＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｔｈｅｐｏｗｅｒｃｏｎＶｅｒｓｉｏｎａｐｐａｒａｔｕｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌ“ｏｎ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｇａｉｎｉｎｇｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．ＰＷＭｒｅｃｔ弧ｅｒｓｈａｖｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉＳｔｉｃｓｏｆｌａｒｇｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ，Ｓｍａｌｌｈａｎｎｏｎｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｐｏｗｅｒｎｏｗ，ｓｍａｌｌｃａｐａｃｉｔｙｐｏｗｅｒｓｔｏｒａｇｅｓｅｇｍｅｎｔａｕｌｄｃｏｎｓｔａｎｔｄｉｒｅｃｔｖｏｌ协ｇｅ，ｓｏｔｈｅｙｈａｖｅｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅ印ｐＩｉｃａｔｉｏｎｐｅｒｓｐｅｃｔｉＶｅｉｎａｃｔｉＶｅｆｉｌｔｅ血ｇ，ｒｅａｃｔｉｖｅ．１０ａｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｔｉｄｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｏｌａｒｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｎｅｒｇｙｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｍｏｔｏｒｃｏｍｒ０Ｉｓｙｓｔｅｍｓ．
ＴｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒＳｐｍｄｕｃｅｍｏＳｔｈａｒｍｏｎｉｃｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｐｏ、ⅣｅｒｓｙＳｔｅｍ．Ｗｈｉｌｅｔｈｒｅｅ．ｐｈａｓｅＰＷＭｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒＣｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒｓ（ＶＳＲ）ｃａｌｌｏＶｅｒｃｏｍｅｔｈｅｐｒｅＶｌｏｕｓｓｈｏｒｔｃｏｍｌｎｇｓ，ｌｔｉｓｇｅｎｉｎｇｍｏｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄ．ｎｃａＩｌｐｒｏｖｉｄｅｃｏｎＳｔａｎｔＤＣＶｏｌｔａｇｅａｎｄａｃｑｕｉｒｅｌｉｎｃｐｏ、Ⅳｅｒｆｅｅｄｂａｃｋｃａｐａｂｉｌ时．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｄｅｓｉ扣ｏｆｐｏｗｅｒｆ．ａｃｔｏｒｃｏｎＩｅｃｔｉｏｎｄｅＶｉｃｅｂａｓｅｄｏｎｄｉｒｅｃｔｐｏ、ｖｅｒｃｏｎｔｒｏｌｉｓｍａｉｎｌｙｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｔｈｅｏ巧，ｔｏｐｏｌｏｇｙ，ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌａ１１ｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅｔｙｐｅＰＷＭｒｅｃｔｉｆｉｅｒｉｎｄｅｔａｉｌ．ｎｅｍａｍｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｕｎｄｅｒｔ｝ｕ．ｅｅ—ｐｈａｓｅｓｔａｔｉｏｎａ叮ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ（ａ，ｂ，ｃ），脚ｏ。
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．ＩＩ．
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第一章绪论
１．１课题研究背景和意义
如今，各种各样的电力电子装置在同常生产和生活中已经得到越来越广泛的使用，而由此带来的谐波问题也越来越受到关注。
整流器作为公共电网与电力电子装置的接口器件，在整个电力电子装置中所占比重很大。
几乎所有ＤＣ电源都需通过ＡＣ电源整流来获取，因此在各种电力电子应用系统中，谐波污染大量的存在于交流到直流变换的整流环节中，严重影响了电网电能质量。
谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。
谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，破坏电网的稳定性，甚至引起严重事故。
谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。
过量三次及其倍数次的谐波流过供电系统中线可能导致中线过热甚至引起火灾。
对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。
因此，整流器的性能将直接影响到公共电网的运行和用电质量。
目前，大部分的电力电子装置所使用的直流电源是通过不控整流或相控整流得到的。
不控整流是二极管整流桥加直流侧滤波环节，它的输出电压不可调，而且输入电压变化时不能维持输出电压的稳定。
同时，交流侧的电流一般会出现断续，在每个工频半周期大部分时间为零，因此，电流波形的频谱中会含有大量的奇次谐波。
相控整流是通过对可控硅的导通角的控制来实现对输出电压的调节的。
对于可控硅整流器，为了保证电流连续，需要在直流侧串入一个电抗器，电抗器的存在也给电网带来了高次谐波污染ｎ￣５１
以上这几类整流器在使用时会给电网注入了大量的谐波和无功，造成严重的电网污染，同时也会给电力输配系统及附近其他电器设备带来许多问题。
为此，国际电工委员会（ＩＥＣ）制定的ＩＥＥＥ５５５—２标准对用电装置的功率因数和波形失真度作了具体的限制，欧洲也制定了相应的ＩＥＣ一１０００—３—２标准，我国国家技术监督局也于１９９４年颁布了《电能质量公用电网谐波》标准（ＧＢ／Ｔ１４５４９—９３）。
常规二极管整流或相控整流己经不符合这些新的规定。
而高功率因数ＰｗＭ整流器具有交流输入侧电流波形趋于正弦化、功率因数高、能量回馈等优点，近年来受到广大科研人员的广泛关注，因而得到飞速发展。
但我国对这一技术的研究起步较晚，对Ｐ删整流技术的工程应用研究还有待继续深入。
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１．２ＰＷＭ整流器发展概况
ＰｗＭ整流器的研究始于２０世纪８０年代，这一时期由于自关断器件的日趋成熟及应用，推动了ＰｗＭ技术的应用与研究。
１９８２年ＢｕｓｓｅＡ１ｆｒｅｄ和ＨｏｌｔｚＪｏａｃｈｉｍ首先提出了基于可关断器件的三相全桥ＰｗＭ整流器拓扑及其网侧电流幅相控制策略，并实现了电流型Ｐ１ｊ｜『Ｍ整流器网侧单位功率因数正弦波电流控制。
１９８４年ＡｋａｇｉＨｉｒｏｆｕｍｉ等提出了基于ＰｗＭ整流器拓扑的无功补偿器控制策略，这实际上就是电压型Ｐ１】ｌ『Ｍ整流器早期设计思想。
到２０世纪８０年代术，随着Ａ．ｗ．Ｇｒｅｅｎ等人提出了基于坐标变换的ＰｗＭ整流器连续离散动态数学模型及控制策略，ＰＷＭ整流器的研究发展到一个新的高度。
国内华中科技大学有学者提出模型重构的理论，是一种以ＰｗＭ整流器双环控制系统中电流环设计为基础，分析并提出了一种输入无电压幅值和相位检测的系统模型重构方案。
该方案在不改变系统主电路拓扑结构和影响系统动静态性能的情况下，通过模型重构减少了传感器的个数，方法简单、易于实现，具有很大的优势呻￣８１。
１．３电压型Ｐ洲整流器的分类及其拓扑结构
在主电路拓扑结构方面，传统全控型器件构成的整流桥模式仍然是主流。
其控制策略是决定ＰｗＭ整流器发展的关键因素，ＰｗＭ整流器控制对象是输入电流和输出电压，输入电流控制则是整流器控制的关键。
ＰｗＭ整流器的目的是使输入电流正弦化，在单位功率因数时运行。
对输入电流有效控制，实质就是对电力电子变流器的能量流动进行控制，进而控制输出电压。
控制变换器有功功率和无功功率的流动，可以控制输出直流电压和输入电流，也得达到使系统处于单位功率因数运行状态。
ＰｗＭ整流器的分类方式有很多种。
常见的有：
按直流储能形式分可为电压型和电流型；按电网相数可分为单相、三相以及多相；按Ｐ１］｜『Ｍ开关调制可分为半桥电路和全桥电路；按调制电平可分为二电平电路、三电平电路和多电平电路。
虽然分类方法有很多，但是，但最基本的分类方法就是将ＰｗＭ整流器分类成电压型和电流型两大类，这主要是因为电压型、电流型Ｐ１：
Ｉ『Ｍ整流器，无论是在主电路结构、Ｐ１）ｉ『Ｍ信号发生以及控制策略等方面均有各自的特点，并且两者间存在电路上的对偶性。
其他分类方法就主电路拓扑结构而言，均可归类于电流型或电压型ＰｗＭ整流器之列。
由于电压型ＰｗＭ整流器的实现相对容易，并且具有较简单的拓扑结构和控制响应速度，配置简单的输入滤波器即可实现较低的电磁干扰等特点，目前的研究多集中在电压型ＰｗＭ整流器上。
所以本文也主要采用电压型ＰｗＭ整流器，因此，下面简单介绍电压型ＰｗＭ整流器拓扑结构。
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电压型ＰｗＭ整流器（ＶＳＲ）最显著的拓扑特征就是直流侧采用电容进行直流储能，从而使ＶｓＲ直流侧呈现低阻抗的电源特性。
以下介绍几种常见的拓扑结构：
１．单相半桥、全桥ＶＳＲ拓扑结构
如图１．１所示，单相半桥拓扑结构图和单相全桥拓扑结构的交流侧电路完全相同，都是有交流单相电源及电感组成的，其交流电感的作用主要是滤除电流谐波部分。
单相半桥ＶＳＲ只有一个桥臂用了功率开关管，另一个桥臂由两个电容串联组成，同时电容又作为直流侧储能电容，单相全桥ＶＳＲ则用了四个功率开关管组成了“Ｈ＂桥型，每个功率开关管都需要反并联一个续流二极管，来缓冲ＰｗＭ过程中的无功电能。
单相全桥ＶＳＲ电路的直流侧负载电阻两端并联了一个电容。
相比于全桥电路，半桥电路主电路结构更简单，成本更低，常应用于点成本、小功率场合。
在相同的交流侧电路参数条件下，若使单相半桥ＶＳＲ以及单相全桥ＶＳＲ获得同样的交流侧电流控制特性，半桥电路直流电压应是全桥电路直流电压的两倍，因此功率开关耐压要求相对提高。
为使半桥电路中电容中点电位基本不变，还需引入电容均压控制，所以单相半桥ＶＳＲ的控制相对复杂。
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（ａ）单相半桥（ｂ）单相全桥
图ｌ，１单相ＶＳＲ拓扑结构
２．三相半桥及全桥ＶＳＲ拓扑结构
三相半桥ＶＳＲ拓扑结构如图１．２ａ所示，其交流侧采用三相对称的无中线连接方式，调制，使得整流桥的交流输入端产生正弦刚电压，对各相电压进行控制，就可以使得各采用了６个功率开关管，这是比较常用的三相电压型ＰｗＭ整流器。
通过对电路进行ＰｗＭ相电流ｉ。
、ｉ。
、ｉ。
为正弦波且和电压相位相同，从而使功率因数为１。
此拓扑结构较适用于三相电网平衡系统。
若三相电网不平衡，则其控制性能将会恶化，甚至发生故障。
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三相全桥ＶＳＲ则克服了这一缺点，由图１．２ｂ可以看出，公共直流母线上连接了三个独立控制的单相．全桥ＶＳＲ，通过变压器联接至三相四线制电网。
因此，三相全桥ＶＳＲ实际上是由三个独立的单相全桥ＶＳＲ组合而成的，当电网不平衡时，不会严重影响ＰｗＭ整流器控制性能，由于三相全桥电路所需的功率开管是三相半桥电路的一倍，成本较高，且电路较复杂，因此三相全桥电路很少得到应用。
本文采用的是最常用的三相半桥拓扑结构。
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（ａ）三相半桥ＶＳＲ拓扑结构图
ＲＬ
ＡＢ
（ｂ）三相全桥ＶＳＲ拓扑结构
图１．２三相桥式ＶＳＲ拓扑结构图
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１．４三相ＶＳＲ控制策略
在三相ＶＳＲ控制系统设计中，～般采用双环控制，即电压外环和电流内环。
电压外环的作用主要是控制三相ＶＳＲ直流侧电压，为保证直流侧的电压恒定，控制系统多采用电压外坏的ＰＩ调节控制。
而电流内环的作用主要是按电压外环输出的电流指令进行电流控制，如实现单位功率因数Ｊ下弦波电流控制。
要使ＰｗＭ整流器工作时达到单位功率因数，还必须对交流侧电流进行控制，保证其为正弦且与电压相位一致，即功率因数为１。
其控制从本质上来说就是对交流侧电流的控制，其主要目的是使交流侧电流跟踪电流给定。
根据在控制环节中是否采用电流闭环可以把控制策略分为直接电流控制和间接电流控制旧１。
问接电流控制是指通过控制调制电压的幅值和控制调制电压与电源电压的相对位移来控制输出直流电压和功率因数。
直接电流控制是指在电路的输入端引入交流电流反馈，此种方法具有开关模式良好、控制电路结构简单、较快速的动态响应等优点。
空间矢量控制就是直接电流控制的～种，根据磁场等效的基本原理，三相静止坐标、两相静止坐标和两相旋转坐标系之间可以进行相互转换，这样就可以把对交流量的控制转变成对直流量的控制，简化了控制要求，系统得到较好的动静态性能。
此外直接功率控制也是间接电流控制的一种，其策略主要是依赖瞬时有功和无功功率控制内环，不需要检测交流侧的电压，通过估计值和给定值之间的误差来实时选择整流器的开关状态，如今电子元器件和控制器件的发展很快，它把对能量直接控制的思想运用到Ｐ１ｊ｜『Ｍ整流器中，所以它有着很广阔的应用前景。
电压型ＰｗＭ整流器有许多控制策略：
ＰｗＭ整流器的时间最优控制，交流侧电压及电流传感器的控制，ＰｗＭ整流器的智能控制，电网不平衡条件下ＰｗＭ整流器的控制等。
不同的控制策略有各自的优缺点，应用领域也不尽相同。
１．５ＰＷＭ整流器应用
随着全球经济的快速发展，人类对能源的需求也相应增大。
而地球不可再生能源，如石油、煤炭等，随着过量开发利用也日趋短缺并且造成了相当严重的污染。
为此，研究和开发洁净可再生能源（如太阳能、风能、潮汐能等）已提到议事日程。
可以预计：
可再生能源大规模应用将是２１世纪人类社会发展进步的一个重要标志ｎ０￣Ｈ１。
然而，要实现这一目标，首先必须完成可再生能源由补充能源向替代能源过渡，即使可再生能源由边远无电地区的独立供电向有电地区的常规并网发电方向发展，这将大大提高可再生能源的利用率。
要实现可再生能源的并网发电，其中并网逆变装置尤为关键，为实现基于“绿
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色电能变换”技术的可再生能源的并网发电，并网逆变装置可采用ＰｗＭ整流器拓扑结构的设计方案。
“太阳能光伏发电技术＂自２０世纪７０年代在民用领域应用以来，全世界已经安装的光伏发电系统超过了１０００Ｍｗ。
这些光伏发电系统主要集中在通信、管网保护、交通信号和边远地区的居民供电。
近年来，随着光伏发电系统的性价比提高，其应用范围也越来越广，开始从特殊场合应用向商业化应用转移。
目前世界上已建成了数十座兆瓦级的太阳能光伏发电系统。
进入２０世纪９０年代，太阳能光伏发电技术和其他可再生能源技术一样，成为全球减排温室气体的重要技术手段。
不少发达国家开始实施基于并网的太阳能光伏发电屋顶计划，日本、德国先后实施了千座和万座光伏屋顶计划。
另一方面，并网运行的风力发电技术是２０世纪８０年代兴起的一项新能源技术，受到了世界各国的高度重视，并迅速实现了商品化、产业化。
随着电力电子及控制技术的发展，风向发电技术的发展也极为迅速，其单机容量从初期的数十千瓦级发展到目前的兆瓦级机组；控制方式从单一的定桨距失速控制向全桨叶变距和变速控制发展。
在变速控制技术中，基于Ｐ１ｊｌ『Ｍ整流器的交一直一交风力发电机并网发电系统将使系统获得优良的动态性能，从而改善了变速风力发电机组的供电质量。
总之，ＰｗＭ整流器技术在太阳能、风能的并网发电系统中有着趋好的应用前景，因此有必要与可再生能源的应用技术相结合进行研究。
１．６本课题主要研究内容
本论文以三相电压型ＰＷＭ整流器为研究对象，采用仿真与实验相结合的方法，主要完成了以下工作：
（１）简要介绍电压型ＰｗＭ整流器的原理，并分别在三相静止坐标系、两相静止坐标系、两相旋转坐标系中建立数学模型。
（２）详细介绍电压型ＰｗＭ整流器瞬时功率控制理论，并作简要的分析。
（３）详细介绍电压空间矢量原理、合成方法、以及开关表的内容。
（４）完成了ＶＳＲ在ｓｉＩＩｌｕｌｉｎｋ环境下的仿真，仿真结果表明验证了方案的正确性。
（５）介绍了空间矢量ＰＷＭ调制法（ＳＶＰＷＭ），介绍了ＳＶＰＷＭ在ＶＳＲ中的应用，并提出了一种快速算法，这种算会提高了系统的响应速度。
（６）介绍了预测电流的控制方法，给出了系统的控制思想。
（７）完成了ＶＳＲ在ｓｉＩＩｌｕｌｉｎｋ环境下的仿真，仿真结果表明验证了方案的正确性。
（８）设计电压型ＰｗＭ整流器直接功率控制系统，包括主电路、采样及调理电路，以及控制系统的结构的设计、分析，给出系统软件设计。
（９）实验论证了本文提出的整流器控制系统解决方案的可行性。
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第二章三相电压型ＰＷＭ整流器数学模型的建立
２．１ＰＷＭ整流器原理
从电力电子技术发展来看，整流器是较早应用的一种ＡＣ／ＤＣ变换装置。
它的发展≯协』’…不可控整流器（二极管整流）、相控整流器（应用半控型开关器件，如晶闸管）刘㈨＼ｌ经流器（应用全控型开关器件，如ＩＧＢＴ）的发展历程。
传统的相控整流器，虽然应…㈨、｜Ｉｊ较长，技术比较成熟，但仍然存在一些问题ｎ卜玎１：
（１）晶闸管换相引起网侧电压波形畸变；
（２）网侧谐波电流对电网产生谐波污染；
（：
｛）深控时网侧功率因数很低；
（／１）闭环控制时动态响应慢。
虽然二极管整流器对网侧功率因数有所改善，但仍然会造成电网“污染”，即产生‰Ｊ之Ｉｌｌ流，而且二极管整流的不足还在于直流侧电压的稳定性较差。
针对上述不足，ＰｗＭｌ，！
流器已对传统的相控及二极管整流器进行了全面改进。
最关键的改进是用全控型功率ＪＩ火什圾代半控型功率开关管和二极管，以ＰｗＭ斩控整流取代了相控整流和不可控整流。
㈧此，｜】＼ｖＭ整流器可以取得以下优良性能：
ｆ１）网侧功率因数可控（如单位功率因数控制）；
ｆ２）网侧电流近似正弦波；
㈤较快的动态响应；
（４）电能双向传输。
！
Ｊ点然，ＰＷＭ整流器已不是一般传统意义上的ＡＣ／ＤＣ变换器。
由于电能的双向传输，。
ｊ｝’ｗ＼Ｉ惨流器从电网吸取电能时，其运行于整流工作状态；当ＰｗＭ整流器向电网传输电能时，典运行于有源逆变工作状态。
单位功率因数是指：
当ＰｗＭ整流器运行于整流状态时，｝ｔ州ｌ”ｌｌ爪、电流相位相同（正阻特性）：
当ＰｗＭ整流器运行于有源逆变状态时，其网侧电胍、｝也流梢位相反（负阻特性）。
进一步研究表明，由于ＰｗＭ整流器其网侧电流及功率因数．ｆ；川Ｊ控，因而可被推广应用于有源电力滤波以及无功补偿等非整流器应用场合。
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ｆＩ１，ｍＬ＋Ｉ
Ｌ、ｒ＿
Ｕｑ
ｒ蚱Ｊ＿｝
—～￡王ＲＬｌＩｒ－
图２．１Ｐ删整流器模型电路
ＰｗＭ整流器是一个交、直流侧可控的四象限运行的变流装置。
其模型图如图２．１所示。
由此式可以看出，无论是控制交流侧还是直流侧都可以相应地控制另一侧。
下面就在稳态条件下，ＰｗＭ整流器交流侧矢量关系如图２．２所示。
ＤＤＤｌＤ
ＣＣＣ
Ｉ
ＢＢＢ
（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）
图２．２ＰｗＭ整流器交流侧矢量图
Ｉ一交流侧电流；
ｕ广一交流测电压；
ｕ广电感电压。
为便于分析，对ＰｗＭ整流器模型电路只考虑其基波分量，忽略谐波分量以及交流侧ＰｗＭ整流器模型电路由交流回路、功率开关管桥路以及直流回路组成。
交流回路由交流电动势ｕ和网侧电感Ｌ等组成：
功率开关管桥路由电压型或电流型桥路组成；直流侧由负载电阻Ｒ。
组成。
不计功率开关管桥路损耗时，由交、直流侧功率平衡关系得ｉｕ—ｄ。
ｕｄｃ。
式中：
ｉ和ｕ，是交流侧电流和电压；Ｉｄ。
和Ｕｄ。
是直流侧电流和电压。
以交流侧为例来分析ＰｗＭ整流器的运行状态和控制原理。
图中：
ｕ广电网电动势矢量；电阻。
当以电网电动势矢量ｕ。
为参考时，通过控制交流电压矢量ｕ，，即可实现ＰｗＭ整流器四象限运行。
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假设ｌＩＩ不变，则ｌＵＬＩ＝∞Ｌ｜ＩＩ也不变。
所以，ＰｗＭ整流器交流电压矢量ｕ，的端点运动轨迹构成了一个以ＪＵＬｌ为半径的圆。
如图２．２（ａ）所示，当电压矢量ｕ，的端点位于圆轨迹Ａ点时，电流矢量Ｉ比电动势矢量ｕ。
滞后９０４，此时ＰＷＭ整流器网侧呈现纯电感特性。
如图２．２（ｂ）所示，当电压矢量ｕ，的端点位于圆轨迹Ｂ点时，电流矢量Ｉ与电动势矢量ｕ。
同相位，此时ＰｗＭ整流器网侧呈现ｊ下电阻特性。
如图２．２（ｃ）所示，当电压矢量ｕ，的端点位于圆轨迹Ｃ点时，电流矢量Ｉ比电动势矢量ｕ。
超前９０。
，此时ＰＷＭ整流器网侧呈现纯电容特性。
如图２．２（ｄ）所示，当电压矢量ｕ，的端点位于圆轨迹Ｄ点时，电流矢量Ｉ比电动势矢量ｕ。
相位相反，此时ＰｗＭ整流器网侧呈现负电阻特性。
由图２．２可以看出，Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ是ＰｗＭ整流器四象限运行的四个特殊工作状态点。
进一步分析可得：
（１）当电压矢量ｕ，的端点在圆轨迹ＡＢ上运动时，ＰＷＭ整流器运行于整流状态。
此时，Ｐ嘲整流器需从电网吸收有功以及感性无功功率，电能将通过ＰｗＭ整流器由电网传输至直流负载。
值得注意的是，当ＰｗＭ整流器在Ａ点运行时，Ｐ１ｊＩ『Ｍ整流器只从电网吸收感性无功功率，而不从电网吸收有功功率；运行在Ｂ点时，则实现单位功率因数整流控制，即电流矢量Ｉ与电动势矢量ｕ。
同相位。
（２）当电压矢量ｕ，的端点在圆轨迹ＢＣ上运动时，ＰＷＭ整流器运行于整流状态。
此时，
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