课程名称：牵引电机课程设计
设计题目：PWM整流技术在和谐号
系列机车上的应用
院系：电气工程系
专业：电力机车
年级：2009级
姓名：
指导教师：
西南交通大学峨眉校区
2012 年10 月25 日
课程设计任务书
专业姓名学号
开题日期：年月日完成日期：年月日
题目PWM整流技术在和谐号系列机车上的应用
一、设计的目的
通过该设计，使学生初步掌握PWM整流技术的组成系统、作用原理以及其在和谐号机车上的应用。
二、设计的内容及要求
1.画出PWM蒸馏技术的原理图；
2.并说明图中各主要部件的作用、性能；
3.掌握PWM调频调压技术的工作原理；
4.掌握PWM整流技术在和谐号及车上的应用。
三、指导教师评语
四、成绩
指导教师(签章)
年月日
PWM整流技术原始资料PWM整流电路是PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路。就整流电路而言，按相数不同有单相和三相之分，按滤波环节所用器件不同，又有电压型和电流型两种，而现在普遍使用的是电压型整流电路。对PWM 整流电路的控制方式，在机车上我们采用的是以正弦信号为调制波的正弦脉宽调制（简称SPWM）。
一：单相桥式电压型PWM整流电路
单相桥式电压型PWM整流电路最早用于交流机车传动系统，为间接式变频电源提供中间环节，器电路如图1所示。每个桥臂有一个全控器件和反并联的整流二极管在组成。L为交流侧附加的电抗，在PWM整流电路中是一个重要的元件，起平衡电压、支撑无功功率和储存能量的作用。为简化分析，可以忽略L的电阻。
图1 单相桥式电压型PWM整流电路
二：三相电压型PWM整流电路
图2为三相电压型PWM整流电路，其应用非常广泛，工作原理与单相桥式PWM整流电路相似。对六个全控器件按一定要求和反式进行控制，在
交流输入端a 、b 、c 可得到SPWM 电压。对各项电压进行控制，就可以使各项电流为正弦波且和电压相位相同，功率因数近似为1。
图2 三相电压型PWM 整流电路
三：PWM 调频调压技术
PWM 调频调压技术是通过改变PWM 波来实现的，而PWM 脉冲序列是由调制波和载波通过比较器来得到的，因此，要实现PWM 调频调压，需改变调制波与载波之间的相互关系。PWM 波实质上是功率器件的驱动脉冲，受到变流器性能要求、特备是功率元件允许的工作条件的限制。
1.调制比，定义为： tm
rm U U M = 上式中，rm U ：调制波电压幅值（V ） tm U ：载波电压幅值（V ）
在双极性PWM 波中，最小脉宽出现在r u 接近载波t u 峰值的两交点间，此处的最小脉宽时间必须保证大于功率元件的关断时间oof t 使其可靠关断后，互补元件再导通，因此一般9.0≤M 。
2.载波比，定义为： r t f f N =
式中，t f ：载波频率（Hz ） r f ：调制波频率（Hz ）
载波比是一个周期参考调制波与载波的周期数，在 r f 一定的情况下，显然载波N 比越大，调频调压效果越好；但同时元件的开、断频率也越高，因此受到元件的开、断频率允许值的限制。
四：PWM 整理技术在和谐号系列及车上的应用
在我国现有的和谐号系列及车上，PWM 整流技术有着广范的使用，在CRH 系列车上都使用了以PWM 调频调压技术，在CRH1、CRH3、CRH5型车上都是用的两点平脉冲整流器，用PWM 调制技术来实现开关元件的导通与关断；在CRH2型车上用的是三电平脉冲整流器，同样是以PWM 调制技术来实现开关元件的导通与关断。
摘要
PWM技术从最初追求电压波形正弦 ,到电流波形正弦 ,再到磁通的正弦 ,取得了突飞猛进的发展。而 PWM整流器具有输入电流正弦 ,谐波含量低 ,功率因数高及双向能量流动 ,体积小及重量轻等特点 ,在功率因数补偿 ,电能回馈 ,有源滤波等领域得到越来越广泛的应用。按是否具有能量回馈功能 ,PWM整流器可分为无能量回馈整流器和有能量回馈整流器;按主电路拓扑结构和外特性分 , PWM整流器可分为电压源型和电流源型高频整流器。PWM整流器以其优越的性能和潜在的优势得到了广泛地应用，而对于现在广泛使用的交直交和谐号机车，PWM整流技术的应用得到了更高的提升。本文从对PWM整流技术的原理出发，分析了PWM整流技术在及车上的应用原理，应用方法，以实现机车较好的整流和对电网的污染小的目的。
关键词：PWM；整流技术；和谐号系列机车；
目录
第1章绪论
1.1 简介 (1)
1.2 PWM整流技术设计的任务及要求 (2)
第2章 PWM整流技术
2.1 PWM整流器的分类 (3)
2.2 PWM整流电路工作原理 (3)
第3章 PWM调频调压技术
3.1 正弦脉宽调制（SPWM） (7)
第4章 PWM整流技术在和谐号系列机车上的应用
4.1 PWM整流技术在两电平整流器上的应用 (11)
4.2 PWM整流技术在三电平整流器上的应用 (14)
结论 (17)
参考文献 (18)
第1章绪论
1.1 简介
随着电力电子技术的发展，电力半导体开关器件性能不断提高，已从早期广泛使用的半控型电力半导体开关器件，如普通晶闸管（SCR）发展到如今性能各异且类型诸多的全控型电力半导体开关器件，如双极性晶闸管（BJT）、门极关断（GTO）晶闸管、绝缘栅双极性晶闸管（IGBT）、集成门极换向晶闸管（IGCT）、电力场效应晶体管（MOSFET）以及场控晶闸管（MCT）等。而20世纪90年代发展起来的智能功率模块（IPM）则开创了电力半导体开关器件新的发展方向，出现了以脉宽调制（PWM）控制为基础的各类变流装置，如变频器、逆变电源、高频开关电源以及各类特种变流器等，这些变流装置在国民经济各个领域取的广泛的应用。但是，目前这些变流装置很大一部分需要整流环节，以获得直流电压，由于常规整流环节广泛采用二极管不控整流电路或晶闸管相控整流电路，因而对电网注入了大量谐波及无功功率，造成严重电网“污染”。治理这种电网“污染”最根本的措施就是，要求变流装置实现网侧电流正弦化，且运行由于单位功率因数。因此，作为电网主要“污染”源的整流器，首先受到学术界的关注，并开展大量研究工作。其主要思路就是，将PWM技术引入整流器的控制中心，使整流器网侧电路正弦化，且运行由于单位功率因数。根据能量是否可双向流动，派生出两类不同拓扑结构的PWM整流器，即可逆PWM 整流器和不可逆PWM整流器。本文只讨论能量可双向流动的可逆PWM整流器及其控制策略，以下所称PWM整流器均指可逆PWM整流器。
能量可双向流动的PWM整流器不仅体现出AC/DC变流特性（整流），而且还可以呈现出DC/AC变流特性（有源逆变），因而确切地说，这类PWM 整流器实际上是一种新型的可逆PWM整流器。
经过几十年的研究与发展，PWM整流器技术已日趋成熟。PWM整流器主电路已从早期的半控型器件桥路发展到如今的全控型期间桥路；其拓扑结构已从单相、三相电路发展到多相组合及多电平拓扑电路；PWM开关控制由单纯的硬开关调制发展到软开关调制；功率等级从千瓦级发展到兆瓦级，而在主电路类型上，既有电压型整流器（Voltage Source Rectifier ——VSR），也有电流型整流器（Current Source Rectifier——CSR），并且两者在工业上均成功的投入应用。
由于PWM整流器视线了网侧电压正弦化，且运行于单位功率因数，甚至能量可双向传输，因而真正实现了“绿色电能变换”。由于PWM整流器网侧呈现出受控电流源特性，因而这一特性使PWM整流器及其控制技术获得进一步的发展和拓宽，并取得了更为广泛和重要的应用。
1.2 PWM整流技术设计的任务及要求
本文对PWM整流技术的设计，从单相电压型PWM整流器的电路原理出发，通过对其工作原理的分析，得出此种电路怎样通过PWM调制实现对电路的控制。在电力机车上使用的PWM整流器普遍是四象限脉冲整流器，而这种整流器在哪种控制下可实现网侧电路正弦化，且运行由于单位功率因数，也是本文要重点叙述的。这种控制也就是PWM调频调压技术。在现今的和谐号系列机车上，这种电路及控制得到了广泛的应用。本文将在CRH1、CRH2、CRH3和CRH5型机车上谈到PWM整流技术的应用。
第2章 PWM 整流技术
2.1 PWM 整流器的分类
随着PWM 整流器的发展，以设计出多种PWM 整流器，并可分类如下：
（1） 按直流储能形式分类
电压型PWM 整流器和电流型PWM 整流器；
（2） 按电网相数分类
单相电路PWM 整流器、三相电路PWM 整流器和多相电路PWM 整流器；
（3） 按PWM 开关调制分类
硬开关调制PWM 整流器和软开关调制PWM 整流器；
（4） 按桥路结构分类
半桥电路PWM 整流器和全桥电路PWM 整流器；
（5） 按调制电平分类
两电平PWM 整流器、三电平PWM 整流器和多电平PWM 整流器； 尽管这些分类方法多种多样，但最基本的分类是将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PWM 整流器，无论是在主电路结构、PWM 信号发生以及控制策略等方面均有各自的特点，并且两之间存在电路上的对偶性。其他分类主要就主电路拓扑结构而言，均可归类于电流型或者电压型PWM 整流器，本文着重介绍电压型PWM 整流器。
2.2 PWM 整流电路工作原理
2.2.1 单相电压型PWM 整流电路
单相桥式电压型PWM 整流电路如下图3所示。 按照自然采样法对功率开关元件1V -4V 进行SPWM 控制，就可以在全桥的交流输入端ab 间产生出SPWM 波电压ab u 。ab u 中含有和正弦调制波同频率、幅值成正比的基波，
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 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率，则输入电流s i 也可为与电源同频率的正弦波。
图3 单相桥式电压型PWM 整流电路
单相桥式电压型PWM 整流电路按升压斩波原理工作。当交流电压0 s u 时，由2V 、4VD 、1VD 、L 和3V 、1VD 、4VD 、L 分别组成两个升压斩波电路。以2V 、4VD 、1VD 、L 构成的电路为例，当2V 到同时，s u 通过2V 、4VD 向L 储能；当2V 关断时，L 中的储能通过1VD 、4VD 向直流电容C 充电，致使直流电压d u 高于s u 峰值。当0 s u 时，则由1V 、3VD 、2VD 、L 和4V 、2VD 、3VD 、L 分别组成两个升压斩波电路，工作原理与0 s u 时类似。由于电压型PWM 整流电路是升压型整流电路，其输出直流电压从交流电压峰值鲜花上调节，而向下调解会恶化输入特性，甚至不能工作。
输入电流s i 相对电源电压s u 的相位是通过对整流电路交流输入电压ab u 的控制来实现调节的。图4给出了交流输入回路积薄等效电路及各种运行状态下的向量图。途中?S U 、?L U 和?
S I 分别是交流电压s u 、电感L 电
压及输入电流s i 的相量，?ab U 是ab u 的相量。
图4（b ）为PWM 整流状态，此时控制?ab U 滞后?S U 的一个α角，以保证?S I 与?S U 同相位，功率因数为1，能量从交流侧送至直流侧。
图4（c ）为PWM 你变状态，此时控制?ab U 超前?S U 的一个α角，以保证?S I 与?S U 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4（b ）、（c ）可以看出，PWM 整流电路只要控制?
ab U 的相位，就可以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交流方案。
?L U
(a) 等效输入电路
（b ） 整流 (c) 逆变
（d ） 无功补偿 （e ） ?S I 超前?S U 任意β角 ?
ab U ?S U ?S I a b
?S I ?S U ?ab U ?L U α
?S I S U
?
L U ?ab U ?S I ?S U
?L U ?ab U α ?S I ?S U ?ab U ?L U β α
图4 PWM整流电路输入等效电路及运行状态向量图
图4（d）为无功补偿状态，此时控制
?
ab
U滞后
?
S
U的一个α角，以确
保
?
S
I超前
?
S
U
90，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，用于电力系统无功补偿。
图4（e）表示了通过控制
?
ab
U的相位和幅值，可以实现
?
S
I与
?
S
U间的
任一相位α关系。
2.2.2 三相电压型PWM整流电路
三相桥式电压型PWM整流电路结构如图5所示，其工作原理同单相电路，仅是从单向扩展到三相。只要对电路进行三相SPWM控制，就可以在整流电路交流输入断a、b、c得到三相SPWM输出电压。对各相电压按图4（b）向量图控制，就可获得接近单位功率的三相正弦电流输入。电路也可工作在你变状态或图4（d）、（e）的运行状态。
图5 三相电压型PWM整流电路
第三章 PWM 调频调压技术
3.1 正弦脉宽调制（SPWM ）
3.1.1 单极性和双极性调制
以等腰三角形载波t u 和参考正弦波r u 的相互交关系，可以产生SPWM 调制波。
当参考电压r u 正半波时，若t r u u ≤，调制波p u =0，而t r u u ≥，p u 为宽度不等的矩形脉冲波，正弦参考电压与三角波电压的交点t r u u =是输出电压转折点。由于采用正弦参考波调制，所以靠近r u 幅值处的脉冲波较宽，两边逐渐对称变窄，矩形面积所表示的输出电压有效值大小符合正弦分布规律，称这种脉冲序列为SPWM 序列。
当r u 在负半周时，需要把r u 正半波的SPWM 序列反向，得到一个周期的、幅值在p u -0变化的脉冲序列，称为单极性SPWM 调制模式，如图6（a ）所示。
如果在每个交点t r u u =处同时产生正、负触发脉冲，在一个半周期内既有p u 又有p u -脉冲序列，这种调制称为双极性SPWM 调制模式，如图6（b ）所示。
（a ） 单极性SPWM 脉冲
（b ） 双极性SPWM 脉冲
图6 SPWM 脉冲系列
3.1.2 PWM 波的调制条件
PWM 调频调压技术是通过改变PWM 波来实现的，而PWM 脉冲序列是由调制波和载波通过比较器来得到的，因此，要实现PWM 调频调压，需改变调制波与载波之间的相互关系。PWM 波实质上是功率器件的驱动脉冲，受到变流器性能要求、特备是功率元件允许的工作条件的限制。
（1）.调制比，定义为： tm
rm U U M 上式中，rm U ：调制波电压幅值（V ） tm U ：载波电压幅值（V ） r u t u
p u
0 0
r u
t u
0 p u
在双极性PWM 波中，最小脉宽出现在r u 接近载波t u 峰值的两交点间，此处的最小脉宽时间必须保证大于功率元件的关断时间oof t 使其可靠关断后，互补元件再导通，因此一般9.0≤M 。
（2）.载波比，定义为： r
t f f N = 式中，t f ：载波频率（Hz ） r f ：调制波频率（Hz ） 载波比是一个周期参考调制波与载波的周期数，在 r f 一定的情况下，显然载波N 比越大，调频调压效果越好；但同时元件的开、断频率也越高，因此受到元件的开、断频率允许值的限制。
3.1.3 同步调制和异步调制及分段同步调制
在SPWM 控制中，载波比分同步调制和异步调制两种方式。
（1） 同步调制方式，N=常数，及载波频率随调制波频率的改变而改变，因而逆变器半波内输出的电压矩形脉冲数是不变的，特别是当N 为3的整数时，同步调制能保证正、负半轴的输出电压波是对称的。对三相电压而言，同步调制也能保持严格的互差 120的相位关系。但是，当逆变器工作于低频时即r f 很小时，若N 为常数不变，势必t f 亦很小，使输出电压脉冲数太少，相邻电压脉冲间距增大，与正弦波形相比畸变严重，电流谐波会显著增加，对异步电机运行十分不利。
（2） 一步调制方式可以消除同步调制的上述缺点。所谓一步调制，即使在逆变器的整个变频范围内，载波比N 不为常数的调制方式。当改变调制波频率r f 时，载波频率t f 不变，且t f 按系统在低频工作的要求确定。异步调制方式虽然该变了系统的低频性能，但若系统进入高频运行时，就可能造成逆变器开关元件的开关频率的较大增加，使开关元件的损耗增
加，而且当r f 岁工作频率变化时t f 不变，也就不能保证N 始终为3的倍数，造成三相输出电压的不对称，影响电机工作的平稳性。
（3） 将同步调制和异步调制结合起来，利用它们各自的优势，估计系统的低频和高频性能的要求，SPWM 系统通常采用分段同步调制的方式。 主电路功率开关元件已选定，元件的开、断频率允许值随之确定，在这种情况下载波比N 是受到限制的。在输出电压频率随r f 调整的过程中，在低频段由于周期时间较长，可选择较大的载波比N ，而随着r f 的增加载波比N 应随之减小。原则是从低频道高频r f 的整个工作频率变化区间，使开关元件的开、断频率保持在一个基本相等的范围，这样既充分利用元件的频率特性，又保证元件的安全使用。
第4章 PWM 整流技术在和谐号系列机车上的应用
在国产CRH 系列和谐号动车上，都是用了PWM 整流技术，在所用的整流电路有区别，也使得PWM 控制存在差异。在这些和谐号动车中，CRH1、CRH3和CRH5型车采用的是两电平四象限脉冲整流器，则PWM 调制使用的是双极性PWM ；而CRH2型车采用三电平四象限脉冲整流器，采用的调制时单极性PWM 。下面将分别对两种不同电平的调制方式作介绍。
4.1 PWM 整流技术在两电平整流器上的应用
设经SPWM 调制ab u 为正弦交流电压，由图4（a ）所示，则交流侧回路方程为
???+=ab L S U U U （4-1）
组成一个电压三角形，当交流测电压?S U 一定时，?ab U 的幅值大小和相角决定了?S I 的大小和相位，欲保持电网功率因数为1，则不论整流或逆变工况，电压三角形都必须为直角三角形如图7所示。整流工况时?S U 与?S I 同相，?ab U 滞后于?S U ；逆变工况时?S U 与?S I 反相，?ab U 超前于?S U 。
（a ）整流工况 （b ）逆变工况 图7 交流侧相量图
在三角形条件下，式（4-1）用有效值表示为
222L
S ab U U U += (4-2) ?S U
?S I ?ab U
?L U ?L U ?S U ?S I ?ab U
当交流测电压?S U 波动或者因直流负载变化引起?
S I 变化时，要保持图6的直角三角形关系，只有通过调节?ab U 来实现。
式（4-1）、（4-2）成立的条件是交流测电压?S U 基本正弦，为此四象限整流器采用了SPWM 调制?ab U ，使之成为幅值ab U 、宽度按正弦分布的脉
冲波，正弦调制电压r u 频率为电源频率s u 频率，r u 与s u 的相角即为α角，三角载波t u ，载波比N 取为整数，调制比定义为
d ab tm r tm rm U U U U U U M 22===
rm U 为正弦调制波幅值，tm U 为三角载波幅值，与逆变器相同为保证元件可靠换流，最大调制比9.0max ≤M 。
从图7可知，为保证交流侧典雅的直角三角形，调?ab U 的幅值的同时，其与电源?S U 间的相角α须同时调节。通过调节rm U 即可改变调制比M ，可以调节?ab U 的幅值，改变参考波r u 与s u 的相位也就调节了α。
为形成正弦电压?ab U ，需用两个SPWM 波同时对图3中的1T 、2T 和3T 、4T 进行控制，如图8是产生SPWM1和SPWM2的原理图。图中正弦参考电压r u 与s u 频率相同，为电网频率，相角差为α。与三角载波t u 形成脉冲加于1T 、2T ；将r u 取反再与t u 调制形成SPWM2同时加于2T 、3T 。
四象限脉冲整流器交流侧输出电压b a ab u u u -=，经上述SPWM 调制后，ab u 基本成为与s u 频率相同，相角差为α的正弦脉冲电压，ab u 的调制过程如图9所示。
图8 两电平四象限脉冲整流器SPWM 调制
图9 两电平脉冲整流器SPWM 调制波形
ab u u t u
三相电压型PWM整流器及仿真
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
电力电子课程设计课程设计报告 题目：三相电压型PWM整流器与仿真 专业、班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 2015年 1 月 6 日 内容得分 1、三相桥式电路的基本原理（10分） 2、整流电路基本原理（10分） 3、pwm控制的基本原理（10分 4、三相电压型pwm整流电路仿真模型（30分） 5、结果分析（30分） 6、程序文件（10分） 总分
摘要：叙述了建立三相电压型PWM整流器的数学模型。在此基础上，使用功能强大的MATLAB软件进行了仿真，仿真结果证明了方法的可行性。 关键词：整流器；PWM；simulink
目录 一任务书 (1) 1.1 题目 (1) 1.2 设计内容及要求 (1) 1.3 报告要求 (1) 二基础资料 (2) 2.1 三相桥式电路的基本原理 (2) 2.2 整流电路基本原理 (4) 2.3 pwm控制的基本原理 (6) 2.4 PWM整流器的发展现状 (6) 三设计内容 (8) 3.1 仿真模型 (8) 3.2 各个元件参数 (11) 3.3 仿真结果 (13) 3.4 结果分析 (15) 四总结 (15) 五参考文献 (15)
一任务书 1.1 题目 三相电压型PWM整流器仿真 1.2 设计内容及要求 设计三相电压型PWM整流器及其控制电路的主要参数，并使用MATLAB软件搭建其仿真模型并验证。 设计要求(pwm整流器仿真模型参数): (1)交流电源电压600V，60HZ (2)短路电容30MVA (3)外接负载500kVar，1MW (4)变压器变比 600/240V (5)0.05s前，直流负载200kw，直流电压500V，0.05s后，通过断路器并联一个相同大小的电阻。 1.3 报告要求 (1)叙述三相桥式电路的基本原理 (2)叙述整流电路基本原理 (3)叙述pwm控制的基本原理 (4)记录参数（截图） (5)记录仿真结果，分析滤波结果 (6)撰写设计报告 (7)提交程序源文件
重庆大学电气工程学院 电力电子技术课程设计 设计题目：单相桥式可控整流电路设计 年级专业：****级电气工程与自动化学生姓名：***** 学号： **** 成绩评定： 完成日期：2013年6月 23 日
指导教师签名：年月日
重庆大学本科学生电力电子课程设计任务书
单相桥式可控整流电路设计 摘要：本文主要研究单相桥式PWM整流电路的原理，并运用IGBT去实现电路的设计。概括地讲述了单相电压型PWM整流电路的工作原理，用双极性调制方式去控制IGBT的通断。在元器件选型上，较为详细地介绍了IGBT的选型，分析了交流侧电感和直流侧电容的作用，以及它们的选型。最后根据实际充电机的需求，选择元器件具体的参数，并用simulink进行仿真，以验证所设计的单相电压型PWM整流器的性能。实现了单相电压型PWM整流器的高功率因数，低纹波输出等功能。 关键词：PWM整流simulink 双极性调制IGBT
目录 1.引言 ......................................................... - 5 - 1.1 PWM整流器产生的背景.................................... - 5 - 1.2 PWM整流器的发展状况.................................... - 5 - 1.3 本文所研究的主要内容.................................... - 6 - 2.单相电压型PWM整流电路的工作原理 ............................. - 7 - 2.1电路工作状态分析......................................... - 7 - 2.2 PWM控制信号分析......................................... - 8 - 2.3 交流测电压电流的矢量关系............................... - 9 - 3.单相电压型PWM整流电路的设计 ................................ - 10 - 3.1 主电路系统设计......................................... - 10 - 3.2 IGBT和二极管的选型设计................................. - 11 - 3.3 交流侧电感的选型设计................................... - 11 - 3.4 直流侧电容的选型设计................................... - 12 - 3.5 直流侧LC滤波电路的设计................................ - 13 - 4.单相PWM整流电路的仿真及分析 ................................ - 13 - 4.1 整流电路的simulink仿真............................... - 13 - 4.2 对simulink仿真结果的分析............................. - 16 - 5．工作展望 ................................................... - 16 - 参考文献 ...................................................... - 17 -
PWM整流电路概述 1引言 在电力系统中，电压和电流应是完好的正弦波。但是在实际的电力系统中，由于非线性负载的影响，实际的电网电压和电流波形总是存在不同程度的畸变，给电力输配电系统及附近的其它电气设备带来许多问题，因而就有必要采取措施限制其对电网和其它设备的影响。随着电力电子技术的迅速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通、家庭等众多领域中的应用日益广泛，大量的非线性负载被引入电网，导致了日趋严重的谐波污染。电网谐波污染的根本原因在于电力电子装置的开关工作方式，引起网侧电流、电压波形的严重畸变。目前，随着功率半导体器件研制与生产水平的不断提高，各种新型电力电子变流装置不断涌现，特别是用于交流电机调速传动的变频器性能的逐步完善，为工业领域节能和改善生产工艺提供了十分广阔的应用前景。相关资料表明，电力电子装置生产量在未来的十年中将以每年不低于10%的速度递增，同时，由这类装置所产生的高次谐波约占总谐波源的70%以上。 在我国，当前主要的谐波源主要是一些整流设备，如化工、冶金行业的整流设备和各种调速、调压设备以及电力机车。传统的整流方式通常采用二极管整流或相控整流方式，采用二极管整流方式的整流器存在从电网吸取畸变电流，造成电网的谐波污染，而且直流侧能量无法回馈电网等缺点。采用相控方式的整流器也存在深度相控下交流侧功率因数很低，因换流引起电网电压波形畸变等缺点。这些整流器从电网汲取电流的非线性特征，给周围用电设备和公用电网都会带来不利影响。 为了抑制电力电子装置产生的谐波，其中的一种方法就是对整流器本身进行改进，使其尽量不产生谐波，且电流和电压同相位。这种整流器称为高功率因数变流器或高功率因数整流器。高功率因数变流器主要采用PWM整流技术，一般需要使用自关断器件。对电流型整流器，可直接对各个电力半导体器件的通断进行PWM调制，使输入电流成为接近正弦且与电源电压同相的PWM波形，从而得到接近1的功率因数。对电压型整流器，需要将整流器通过电抗器与电源相连。只要对整流器各开关器件施以适当的PWM控制，就可以对整流器网侧交流电流的大小和相位进行控制，不仅可实现交流电流接近正弦波，而且可使交流电流的相位与电源电压同相，即系统的功率因数总是接近于1。本文主要对与PWM整流器相关的功率开关器件、主电路拓扑结构和控制方式等进行详细说明，在此基础上对PWM整流技术的发展方向加以探讨。 2功率开关器件 PWM整流器的基础是电力电子器件，其与普通整流器和相控整流器的不同之处是其中用到了全控型器件，器件性能的好坏决定了PWM整流器的性能。优质的电力电子器件必须具有如下特点：(1)能够控制通断，确保在必要时可靠导通或截止；（2）能够承受一定的电压和电流，阻断状态时能承受一定电压，导通时匀许通过一定的电流；（3）具有较高的开关频率，在开关状态转换时具有足够短的导通时间和关断时间，并能承受高的di/dt 和dv/dt。目前在PWM整流器中得到广泛应用的电力电子器件主要有如下几种：
PWM整流工作原理
图6-28 单相PWM 整流电路 整流电路也可分为电压型和电流型两大类，目前半桥电路直流侧电容必须由两个电容串联，其中点和交流电源单相半桥电路 交流侧电感电感和交流电源内部电感，是电全桥电路直流侧电容只要一个就可以。 单相全桥电路 6-8 电力电子技术 (1)单相全桥PWM 整流电路的工作原理 正弦信号波和三角波相比较的方法对图6-28b 中的V 1~V 4进行SPWM 控制，就可以在桥的交流输入端AB 产生一个SPWM 波u AB 。 u AB 中含有和正弦信号波同频率且幅值成比例的基波分量，以及和三角波载波有关的频率很高的谐波，不含有低次谐波。 由于L s 的滤波作用，谐波电压只使i s 产生很小的脉动。 当正弦信号波频率和电源频率相同时，i s 也为与电源频率相同的正弦波。 u s 一定时，i s 幅值和相位仅由u AB 中基波u ABf 的幅值及其与u s 的相位差决定。 改变u ABf 的幅值和相位，可使i s 和u s 同相或反相，i s 比u s 超前90°，或使i s 与u s 相位差为所需角度。 6.4.1 PWM 整流电路的工作原理
6-12 电力电子技术 (2)对单相全桥PWM 整流电路工作原理的进一步说明 整流状态下: u s > 0时，（V 2、VD 4、VD 1、L s ）和（V 3、VD 1、VD 4、L s ）分别组成两个升压斩波电路，以（V 2、VD 4、VD 1、L s ）为例。V 2通时，u s 通过V 2、VD 4向L s 储能。V 2关断时，L s 中的储能通过VD 1、VD 4向C 充电。u s < 0时，（V 1、VD 3、VD 2、L s ）和（V 4、VD 2、VD 3、L s ）分别组成两个升压斩波电路。 6.4.1 PWM 整流电路的工作原理
３１７ 华章 二 ○一一年第十八期 Magnificent Writing 杨红举，张玉珍，淅川县电业局。 作者简介：PWM 整流电路控制原理及技术研究 杨红举，张玉珍 （淅川县电业局，河南淅川474450） ［摘要］ＰＷＭ控制技术是在电力电子领域有着广泛的应用，使电力电子技术的性能大大的提高，并对电力电子技 术产生了十分深远影响的一项技术。笔者就ＰＷＭ整流电路的工作原理和ＰＷＭ整流电路的控制方法进行了详细的阐述，以供读者参考。 ［关键词］ＰＷＭ整流电路；原理；控制方法PWM (Pulse Width Modulation )控制就是脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值)。如图1所示。PWM 的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。对噪声抵抗能力的增强是PWM 相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM 用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM 可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC 或LC 网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。PWM 控制技术一直是变频技术的核心技术之一。1964年A.Schonung 和H.stemmler 首先提出把这项通讯技术应用到交流传动中，从此为交流传动的推广应用开辟了新的局面。 目前，实用的整流电路几乎都是晶闸管整流或二极管整流。晶闸管相控整流电路输入电流滞后于电压，且其中谐波分量大，因此功率因数很低。而二极管整流电路虽位移因数接近1，但输入电流中谐波分量很大，所以功率因数也很低。把逆变电路中的SPWM 控制技术用于整流电路，就形成了PWM 整流电路。控制PWM 整流电路，使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因数近似为1，也称单位功率因数变流器，或高功率因数整流器。下面就PWM 整流电路及其控制方法进行详细的阐述。 1、PWM 整流电路的工作原理 PWM 整流电路也可分为电压型和电流型两大类，目前电压型的较多。 1.1单相PWM 整流电路。半桥电路直流侧电容必须由两个电容串联，其中点和交流电源连接。交流侧电感包括外接电抗器的电感和交流电源内部电感，是电路正常工作所必须的。 全桥电路直流侧电容只要一个就可以。 1.1.1单相全桥PWM 整流电路的工作原理。正弦信号波和三角波相比较的方法对图2中的V 1~V 4进行SPWM 控制，就可以在桥的交流输入端AB 产生一个SPWM 波u AB 。u s 一定时，i s 幅值和相位仅由u AB 中基波u ABf 的幅值及其与u s 的相位差决定。改变u ABf 的幅值和相位，可使i s 和u s 同相或反相，i s 比u s 超前90°，或使i s 与u s 相位差为所需角度。 1.1.2对单相全桥PWM 整流电路工作原理的进一步说明整流状态下： u s >0时，如图2所示。（V 2、VD 4、VD 1、L s ）和（V 3、VD 1、VD 4、L s ）分别组成两个升压斩波电路，以（V 2、VD 4、VD 1、L s ）为例。V 2通时，u s 通过V 2、VD 4向L s 储能。 V 2关断时，L s 中的储能通过VD 1、VD 4向C 充电。u s <0时，（V 1、VD 3、VD 2、L s ）和（V 4、VD 2、VD 3、L s ）分别组成两个升压斩波电路。 1.2三相PWM 整流电路。三相桥式PWM 整流电路，是最基本的PWM 整流电路之一，应用最广。工作原理和前述的单相全桥电路相似，只是从单相扩展到三相。如图3所示。进行SPWM 控制，在交流输入端A 、B 和C 可得SPWM 电压，按图4a 的相量图控制，可使i a 、i b 、i c 为正弦波且和电压同相且功率因数近似为1 。 2、PWM 整流电路的控制方法 2.1间接电流控制。间接电流控制也称为相位和幅值控制。图5 为间接电流控制的系统结构图。 图中的PWM 整流电路为图4的三相桥式电路，控制系统的闭环是整流器直流侧电压控制环。 2.2直接电流控制。通过运算求出交流输入电流指令值，再引入交流电流反馈，通过对交流电流的直接控制而使其跟踪指令电流值。有不同的电流跟踪控制方法，图6给出一种最常用 的采用电流滞环比较方式的控制系统结构图。 3、结语 综上所述，PWM 控制技术用于整流电路即构成PWM 整流电路，也可看成逆变电路中的PWM 技术向整流电路的延伸，其控制系统结构简单，电流响应速度快，系统鲁棒性好，目前在电力电子行业已获得了一些应用，并有良好的应用前景。 【参考文献】 [1]刘海云，韩继征，李玉仓，张浩，胡雪生.交直交变频三电平矢量脉宽调制模式的原理及调制算法探讨[A ].第十一届全国自动化应用技术学 术交流会论文集[C ].2006. [2]姚旺，王京.基于VxWorks 下的三电平PWM 整流器的控制研究[A ].自动化技术与冶金流程节能减排——全国冶金自动化信息网2008 年会论文集[C ].2008.
PWM整流电路的原理分析 摘要:无论是不控整流电路，还是相控整流电路，功率因数低都是难以克服的缺点.PWM整流电路是采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路，本文以《电力电子技术》教材为基础，详细分析了单相电压型桥式PWM整流电路的工作原理和四种工作模式。通过对PWM整流电路进行控制，选择适当的工作模式和工作时间间隔，交流侧的电流可以按规定目标变化，使得能量在交流侧和直流侧实现双向流动，且交流侧电流非常接近正弦波，和交流侧电压同相位，可使变流装置获得较高的功率因数。 1 概述 传统的整流电路中，晶闸管相控整流电路的输人电流滞后于电压，其滞后角随着触发角的增大而增大，位移因数也随之降低。同时输人中谐波分量也相当大，因此功率因数很低。而二极管不控整流电路虽然位移因数接近于1，但输人电流中谐波分量很大，功率因数也较低。 PWM整流电路是采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路，它能在不同程度上解决传统整流电路存在的问题。把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就形成了PWM整流电路。通过对PWM整流电路进行控制，使其输人电流非常接近正弦波，且和输人电压同相位，则功率因数近似为1。因此，PWM整流电路也称单位功率因数变流器。 参考文献［1］在第6章“PWM控制技术”中增添了“PWM整流电路及其控制方法”这一部分内容。但在PWM整流电路的工作原理中介绍篇幅较少，只是针对PWM整流电路的运行方式相量图进行分析，没有分析其工作过程。对PWM 整流电路不熟悉的教师在了解这部分内容时普遍感觉吃力。 1 单相电压型桥式PWM整流电路 电压型单相桥式PWM整流电路最早用于交流机车传动系统，为间接式变频电源提供直流中间环节，其电路如图I所示。每个桥臂由一个全控器件和反并联的整流二极管组成。L为交流侧附加的电抗器，在PWM整流电路中是一个重要的元件，起平衡电压、支撑无功功率和储存能量的作用。为简化分析，可以忽略L的电阻。 图 1 电压型单相桥式PWM整流电路 除必须具有输人电感外，PWM整流器的电路结构和PWM逆变电路是相同的。按照
单相电压型PWM整流电路原理分析与仿真 0 引言众所周知，在传统的整流电路中，晶闸管可控整流装置的功率因数会随着其触发角的增加而变坏，这不但使得电力电子类装置成为电网中的主要谐波因素，也增加了电网中无功功率的消耗。PWM 整流电路是采用脉宽调制技术和全控型器件组成的整流电路，能有效地解决传统整流电路存在的问题。通过对PWM 整流电路进行有效的控制，选择合适的工作模式和工作时序，从而调节了交流侧电流的大小和相位，使之接近正弦波并与电网电压同相或反相，不但有效地控制了电力电子装置的谐波问题，同时也使得变流装置获得良好的功率因数。 1 单相电压型桥式PWM 整流电路的结构单相电压型桥式PWM 整流电路最初出现在交流机车传动系统中，为间接式变频电源提供直流中间环节，电路结构如图1 所示。每个桥臂由一个全控器件和反并联的整流二极管组成。L 为交流侧附加的电抗器，起平衡电压，支撑无功功率和储存能量的作用。图1 中 uN(t)是正弦波电网电压；Ud 是整流器的直流侧输出电压；us(t)是交流侧输入 电压，为PWM 控制方式下的脉冲波，其基波与电网电压同频率，幅值和相位可控；iN(t)是PWM 整流器从电网吸收的电流。由图1 所示，能量可以通过构成桥式整流的整流二极管VD1～VD4 完成从交流侧向直流侧的传递，也可以经全控器件VT1～VT4 从直流侧逆变为交流，反馈给电网。所以PWM 整流器的能量变换是可逆的，而能量的传递趋势是整流还是逆变，主要视VT1～VT4 的脉宽调制方式而定。 因为PWM 整流器从交流电网吸取跟电网电压同相位的正弦电流，其输入端的功率是电网频率脉动的两倍。由于理想状况下输出电压恒定，所以此时的输出电流id 与输入功率一样也是网频脉动的两倍，于是设置串联型谐振滤波器
摘要 随着绿色能源技术的快速发展，PWM整流器技术己成为电力电子技术研究的热点和亮点。PWM整流器可成为用电设备或电网与其它电气设备的理想接口，因为它可以实现网侧电流正弦化和功率因数可调整。 本文首先分析了PWM整流器的基本原理，然后根据三相电压源型PWM整流器各相电压电流之间的关系和桥路的工作状态，给出系统在三相ABC坐标系和两相dq坐标系中的数学模型，利用电流反馈解耦控制，以及系统的基本控制框图。并设计了电压环和电流环数字化PI调节器，结合理论分析和实际对其参数进行了优化整定。 关键词：三相电压型PWM整流器；数学模型；dq变换。
1 三相电压源型PWM 整流器工作原理及数学模型 1.1 PWM 整流器原理 1.1.1 PWM 整流电路工作原理 将普通整流电路中的二极管或晶闸管换成IGBT 或MOSFET 等自关断器件，并将SPWM 技术应用于整流电路，这就形成了PWM 整流电路。通过对PWM 整流电路的适当控制，不仅可以使输入电流非常接近正弦波，而且还可以使输入电流和电压同相位，功率PWM 整流电路由于需要较大的直流储能电感以及交流侧LC 滤波环节所导致的电流畸变、振荡等问题，使其结构和控制复杂化，从而制约了它的应用和研究。相比之下，电压型PWM 整流电路以其结构简单，较低的损耗等优点，电压型PWM 整流电路的成功应用更现实鸭故选择电压型PWM 整流电路进行研究。下面分别介绍单相和三相PWM 整流电路的拓扑结构和工作原理。 图1-2 单相PWM 整流电路 图1-2为单相全桥PWM 整流电路，交流侧电感s L 包含外接电抗器的电感和交流电源内部电感，是电路正常工作所必需的。电阻s R 包含外接电抗器的电阻和交流电源内部电阻。同SPWM 逆变电路控制输出电压相类似，可在PWM 整流电路的交流输入端AB 产生一个正弦调制PWM 波AB u ，AB u 中除含有和开关频率有关的高次谐波外，不含低次谐波成分。由于电感s L 的滤波作用，这些高次谐波电压只会使交流电流
论文（设计）撰写指导 文献综述 题目：单相电压型PWM整流电路原理分析与仿真 学院：人民武装学院 专业：电子信息科学与技术 班级： 2013级（专升本） 学号： 1320070193 学生姓名：丁武荣 指导教师：王代强 2014年7 月15 日
单相电压型PWM整流电路原理分析与仿真 在生活中很多地方往往要用到直流电源来供电，直流电源是能够维持电路中形成稳恒电流的装置，所以直流电源在生活中的地位也非常重要，但是在生活中用到的电源，往往是交流电，怎样将交流电转换成直流电呢？那就需要整流电路来实现。整流电路（rectifying circuit）把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。习惯上称单向脉动性直流电压。 传统的整流电路中，晶闸管相控整流电路的输入电流滞后于电压，其滞后角随着触发角的增大而增大，位移因数也随之降低。同时输入中谐波分量也相当大，因此功率因数很低。而二极管不控整流电路虽然位移因数接近于1，但输入电流中谐波分量很大，功率因数也较低。传统低频整流电路存在的问题【1】PWM整流电路是采用脉宽调制技术和全控型器件组成的整流电路，能有效地解决传统整流电路存在的问题。通过对PWM整流电路进行有效的控制，选择合适的工作模式和工作时序，从而调节了交流侧电流的大小和相位，使之接近正弦波并与电网电压同相或反相，不但有效地控制了电力电子装置的谐波问题，同时也使得变流装置获得良好的功率因数。PWM(Plll∞Width Modulation)控制就是脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形(含形状和幅值)。PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换【2】。PWM整流器种类较多,根据输入交流电源相数分为单相和三相P W M整流电路;按主电路结构分为单开关与多开关型;根据PWM整流器直流侧电能输出环节的不同,又可以将PWM整流器分为电压型PWM整流器和电流型PWM整流器;按桥路结构可分为半桥电路和全桥电路;另外,还有新型的三电平PWM整流器等。【3】PWM 整流电路的控制方法有直接电流控制和间接电流控制两种。直接电流控制引入交流输入电流反馈实行闭环控制，其电流指令运算电路比不引入交流输入电流反馈的间接电流控制简单，因此，本文采用直接电流控制方法。【4】单相电压型PWM整流电路与三相整流电路相比较，三相电压型PWM 整流器的工作原理，它具有高功率因数，低谐波污染等显著优点，必将在节能降耗，改善供电质量方面起到巨大的应用。【5】单相电压型PWM整流电路的结构图如下：
课程名称：牵引电机课程设计 设计题目：PWM整流技术在和谐号 系列机车上的应用 院系：电气工程系 专业：电力机车 年级：2009级 姓名： 指导教师： 西南交通大学峨眉校区 2012 年10 月25 日
课程设计任务书 专业姓名学号 开题日期：年月日完成日期：年月日 题目PWM整流技术在和谐号系列机车上的应用 一、设计的目的 通过该设计，使学生初步掌握PWM整流技术的组成系统、作用原理以及其在和谐号机车上的应用。 二、设计的内容及要求 1.画出PWM蒸馏技术的原理图； 2.并说明图中各主要部件的作用、性能； 3.掌握PWM调频调压技术的工作原理； 4.掌握PWM整流技术在和谐号及车上的应用。 三、指导教师评语 四、成绩 指导教师(签章) 年月日
PWM整流技术原始资料PWM整流电路是PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路。就整流电路而言，按相数不同有单相和三相之分，按滤波环节所用器件不同，又有电压型和电流型两种，而现在普遍使用的是电压型整流电路。对PWM 整流电路的控制方式，在机车上我们采用的是以正弦信号为调制波的正弦脉宽调制（简称SPWM）。 一：单相桥式电压型PWM整流电路 单相桥式电压型PWM整流电路最早用于交流机车传动系统，为间接式变频电源提供中间环节，器电路如图1所示。每个桥臂有一个全控器件和反并联的整流二极管在组成。L为交流侧附加的电抗，在PWM整流电路中是一个重要的元件，起平衡电压、支撑无功功率和储存能量的作用。为简化分析，可以忽略L的电阻。 图1 单相桥式电压型PWM整流电路 二：三相电压型PWM整流电路 图2为三相电压型PWM整流电路，其应用非常广泛，工作原理与单相桥式PWM整流电路相似。对六个全控器件按一定要求和反式进行控制，在
P W M整流电路工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
PWM整流电路的原理分析 摘要:无论是不控整流电路，还是相控整流电路，功率因数低都是难以克服的缺点.PWM整流电路是采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路，本文以《电力电子技术》教材为基础，详细分析了单相电压型桥式PWM整流电路的工作原理和四种工作模式。通过对PWM整流电路进行控制，选择适当的工作模式和工作时间间隔，交流侧的电流可以按规定目标变化，使得能量在交流侧和直流侧实现双向流动，且交流侧电流非常接近正弦波，和交流侧电压同相位，可使变流装置获得较高的功率因数。 1 概述 传统的整流电路中，晶闸管相控整流电路的输人电流滞后于电压，其滞后角随着触发角的增大而增大，位移因数也随之降低。同时输人中谐波分量也相当大，因此功率因数很低。而二极管不控整流电路虽然位移因数接近于1，但输人电流中谐波分量很大，功率因数也较低。 PWM整流电路是采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路，它能在不同程度上解决传统整流电路存在的问题。把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就形成了PWM整流电路。通过对PWM整流电路进行控制，使其输人电流非常接近正弦波，且和输人电压同相位，则功率因数近似为1。因此，PWM整流电路也称单位功率因数变流器。 参考文献［1］在第6章“PWM控制技术”中增添了“PWM整流电路及其控制方法”这一部分内容。但在PWM整流电路的工作原理中介绍篇幅较少，只是针对PWM整流电路的运行方式相量图进行分析，没有分析其工作过程。对PWM 整流电路不熟悉的教师在了解这部分内容时普遍感觉吃力。 1 单相电压型桥式PWM整流电路 电压型单相桥式PWM整流电路最早用于交流机车传动系统，为间接式变频电源提供直流中间环节，其电路如图I所示。每个桥臂由一个全控器件和反并联的整流二极管组成。L为交流侧附加的电抗器，在PWM整流电路中是一个重要的元件，起平衡电压、支撑无功功率和储存能量的作用。为简化分析，可以忽略L的电阻。 图 1 电压型单相桥式PWM整流电路
三相电压源型PWM整流器 PI调节器参数整定的原理和方法 1引言 1.1 PID调节器简介 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。目前，在工业过程控制中，95%以上的控制回路具有PID结构。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的，其原理图如图1-1所示。 图1-1 PID控制系统原理图 PID控制器传递函数常见的表达式有以下两种： （1） ()i p d K G s K K s s =++ ，Kp代表比例增益，Ki代表积分增益，Kd代表微 分增益；
（2） 1 () p d i G s K T s T s =++ （也有表示成 1 ()(1) p d i G s K T s T s =++），Kp代表比 例增益，Ti代表积分时间常数，Td代表微分时间常数。 这两种表达式并无本质区别，在不同的仿真软件和硬件电路中也都被广泛采用。 ?比例（P，Proportion）控制 比例控制是一种最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系，能及时成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产 生，调节器立即产生控制作用，以减少偏差。当仅有比例控制时系统输 出存在稳态误差（Steady-state error）。 ?积分（I，Integral）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。 对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制 系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。 为了消除稳态误差，在控制中必须引入“积分项”。积分项对误差取决 于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小， 积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误 差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系 统在进入稳态后无稳态误差。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti， Ti越大，积分作用越弱，反之则越强。 ?微分（D，Differential）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现 振荡或者失稳。其原因是在于由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞 后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。 解决的办法是使抑制误差的作用“超前”，即在误差接近零时，抑制误 差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是 不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微 分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就