毕业设计-三相电压型PWM整流器的研究

摘要

随着社会的高速发展，电能在工农业生产和人民日常生活中发挥着起来越重要的作用，然而与之同时与国民生产生活密切相关的电力电子换流装置，如变频器、高频开关电源、逆变电源等各种换流装置在广泛的运用中给电网带来了大量的无功功率与严重的谐波污染。随着电力电子技术的发展，具有网侧电流接近正弦波、功率因数近似为1、直流侧输出电压稳定、抗负载扰动能力强并且能够在四象限运行的PWM整流器应运而生，成功地取代了不可控二极管整流器和相控的晶闸管整流器，并成为电力电子技术研究的热点。本言研究的主要对象就是应用最为广泛的三相电压型PWM整流器。

首先，本文介绍了PWM整流器研究的背景与意义，综述了PWM技术的发展及现状，引出了三相电压型PWM整流器，并分析了三相电压型PWM整流器的工作原理，并在此基础上建立了其在ABC三相静止坐标系、d-q同步旋转坐标系和α-β两相静止坐标系三个不同坐标系下的数学模型。

其次，本文对PWM整流器的电流控制策略进行了深入的研究，分析了间接电流控制和直接电流控制的优缺点，确定了采用直接电流控制，并对双闭环控制器及PWM整流器主回路参数进行了系统的设计；引入了电压空间矢量，阐述了空间电压矢量控制的控制算法。

最后，本文在理论分析的基础上，利用MTALAB提供的电力电子工具箱，在Simuink 仿真环境下建立了三相VSR型PWM整流器主回路及控制器的模型并进行了仿真实验，通过对仿真结果的分析，表明了该方案能够满足网侧电流近似正弦和高功率因数的要求，验证了方案的正确性和可行性。

关键词：三相电压型PWM整流器；直接电流控制；双闭环控制；电压空间矢量PWM；Matlab仿真

ABSTRACT

With the rapid development of modern society,the power in modern industry plays an increasingly important role,but in the national production and life are closely related with the power electronic converter devices,such as the frequency converters,high-frequency switching power supplies,power inverters and other various converters the use of the device will give our power grid to bring a lot of unfavorable factors,such as a large amount of reactive power and harmonic,low power factor,or even cause severe electromagnetic pollution,resulting in the use of other equipments are not normal in same network.With the development of power electronic and PWM technology, the rectifier has the characteristics of high power factor,harmonic minor,DC output voltage stability and has operate in the four-quadrant,etc.It becomes a green power conversion device.Therefore,the main research subject of this paper is the three-phase voltage source PWM rectifier.

Firstly,the article introduces the background and significance of the PWM rectifier's research,overviews PWM technology's development history and status,raises the three-phase voltage source PWM rectifier,and analysed the working principle of three-phase voltage source PWM rectifier,on this basis established its mathematical model on ABC static coordinate system,d-q synchronous rotating reference frame and α-βtwo-phase static coordinate system three different coordinate system ,in addition.

Secondly,this article researches current control strategy of PWM rectifier in depth,analyse s the shortcoming and advantage between indirect-current control and direct current control, make a decision of employment of direct current control based on fixed switching frequency,and systematic designs parameter of double closed loop controller and PWM converter main circuit parameters.Bring in V oltage Space Vector ,and overview the arithmetic of it

Finally,In the foundation of theory analysis ,using Power Electric toolbox offered by MATLAB to finish the simulation experiment under Simulink environment and to verify systematic exactness and feasibility by analysing the simulation results.

Keywords：Three-phase V oltage Source PWM Rectifiers;Direct current control;Double loop control;Space Vector PWM;dual-loop control system;Matlab simulation

目录

1 绪论 (1)

1.1 PWM整流器研究的背景与意义 (1)

1.2 PWM整流器的产生与发展现状 (2)

1.2.1 PWM整流器的产生 (2)

1.2.1电流型PWM整流器 (2)

1.2.3电压型PWM整流器 (3)

1.2.4 PWM整流器的发展现状 (4)

1.3本课题研究的主要内容 (5)

2 三相VSR原理分析与建模 (6)

2.1 三相VSR的拓扑结构 (6)

2.2 PWM基本原理分析 (6)

2.3 三相VSR的数学模型 (9)

2.3.1 三相VSR在三相静止坐标系的数学模型 (9)

2.3.2 三相VSR d-q模型的建立 (12)

3 三相VSR控制系统设计 (17)

3.1 VSR的电流控制 (17)

3.1.1 间接电流控制 (17)

3.1.2直接电流控制 (18)

3.2三相VSR双闭环控制系统的设计 (19)

3.2.1 电流内环控制系统设计 (20)

3.2.2 电压外环控制系统设计 (23)

3.2三相PWM整流器参数的设计 (23)

3.2.1 交流侧电感的设计 (23)

3.2.2 直流侧电容的设计 (28)

4 三相VSR的空间矢量控制 (30)

4.1 三相VSR空间矢量PWM 控制的基本原理 (30)

4.2三相VSR空间电压矢量分布 (30)

4.3 SVPWM整流器的控制算法 (32)

4.3.1 扇区的确定 (33)

4.3.2 矢量作用时间的确定 (33)

4.3.3开关矢量的确定 (37)

5 Matlab 仿真 (40)

5.1 基于空间电压矢量的直接电流控制的三相VSR PWM整流器的仿真 (40)

5.1.1 基于空间电压矢量PWM波生成模块simulink模型建立 (40)

5.1.2 PWM整流器的主回路及控制系统simulink模型的建立 (42)

5.2 PWM整流器仿真波形 (45)

6 总结与展望 (48)

致谢 (49)

参考文献 (50)

1 绪论

1.1 PWM整流器研究的背景与意义

随着现代社会的高速发展，在现代工业生产和人们日常生活中，很多场合都离不开对电的需求，但是由于近些年来煤炭、石油、天然气等不可再生能源不断地被大量过度地开采，有专家预测在未来的80多年以后，人类将再无这些能源可以使用，人类将面临能源枯竭的尴尬境地，随之而来将会引起人们对电能的恐慌。

如何更好的节约能源，开发环保和可持续利用的新能源成了当今世界亟待解决的问题，特别是与国民生产生活密切相关的电力电子变换装置，如变频器、高频开关电源、逆变电源等各种变换装置的研究备受关注。因为这些变换装置大量被使用的同时，必定会带来一些不利因素：在这些大部分变换装置使用中首先需要整流环节将交流电压转换成直流电压，而整流环节主要是通过功率二极管或者晶闸管组成的整流电路；这种方式在交流侧容易造成电流波形畸变，并向电网注入大量的无功功率和谐波，将会给电网造成严重的电磁污染，以致影响同网其他设备的正常使用，同时还存在功率因数低、直流电压波动等问题，所以既能有效治理电网污染并提高电能利用率，又能环保节能的绿色能源措施越来越受到众多研究组织的关注和重视。

能够有效解决变换装置所带来的负面效应的根本措施就是需要求变换装置实现整流环节网侧电流达到正弦化，工作于单位功率因数等特性。一般来说，要想能够消除电网谐波且获得高功率因数的途径，主要有两种：一种是在系统中加入补偿器，如静止无功补偿器(Static Var Compensator)、有源电力滤波器(Active Power Filter)等达到补偿无功功率和谐波的目的；一种是改进整流环节的装置，优化电路拓扑结构和控制算法，使自身实现抑制谐波并可调节功率因素的效能。

随着现代电力电子技术的进步与飞速发展，功率半导体器件的性能也在逐步地提高，特别是全控型功率开关器件的不断出现，以及 PWM控制技术的应用，使PWM 整流器得以诞生。PWM 整流器采用的是全控开关器件，电路结构简单，工作频率高且容易实现，通过控制开关器件的通断就可以控制整流器输入的电流波形，实现电压电流同相位或反相位，网侧功率因数近似达到1，谐波含量少，直流侧电压可控，并且这种结构的整流器能在四象限运行，可以工作在整流或逆变状态，是真正意义上的绿色装置，因此对 PWM 整流器的控制研究意义重大。

1.2 PWM整流器的产生与发展现状

1.2.1 PWM整流器的产生

1957年，美国通用电气公司研制出第一个商用晶闸管，标志着电力电子技术的诞生。它由于能够根据不同的用电场合，完成交—直、交—交、直—交、直—直的电能形式的变换，满足生产与生活的需求，在此后的几十年间得到大规模的应用。

八十年代初，随着对电力电子装置产生的谐波对电网产生的影响的认识不断加深，一些学者开始研究如何提高功率因数.Bellini和Figalli首先用GTO实现了真正意义上的单相PWM整流器，其功率因数接近1。到了80年代后期，由于GTR的普遍应用以及IGBT的大量使用促使PWM整流器向高频化发展，高频化可以大大提高了交流输入电流波形的正弦度，减少了直流输出电压纹波，提高了功率因数，增强了系统的稳定性。

PWM整流器按直流储能形式可分为电压型和电流型；按电网相数可分类为单相电路、三相电路和多相电路；按PWM开关调制可分为硬开关调制和软开关调制；按桥路结构可分类为半桥电路和全桥电路；按调制电平可分为两电平电路、三电平电路和多电平电路。

尽管分类方法多种多样，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各有各自的特点，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。

1.2.1电流型PWM整流器

CSR(电流型PWM整流器)的显著特征是直流侧采用电感进行直流储能，从而使CSR 直流侧呈现高阻抗的电流源特性。常采用的CSR结构有单相和三相。除直流储能电感外，与VSR相比，其交流侧增加了滤波电容，作用是与网侧电感一起组成LC三阶低通滤波器，以虑除CSR网侧谐波电流，并抑制CSR交流侧谐波电压。CSR功率开关管支路上顺向串联二极管，其主要目的是阻断反向电流(一般大功率开关管大都集成有反并联二极管)，并提高功率开关管的反向耐压能力。

三相电流型PWM整流器的结构图如下：

图1-1 三相CSR拓扑结构

1.2.3电压型PWM整流器

电压型PWM整流器(Voltage Source Rectifier.VSR)最显著拓扑特征就是直流侧采用电容进行直流储能，从而使VSR直流侧呈低阻抗的电压源特性。由于其电路结构简单，便于控制，响应速度快，成为目前研究及实际应用较多的整流类型。

电压型PWM整流器有以下几种拓扑结构：单相半桥、全桥VSR拓扑，三相半桥、全桥VSR拓扑结构、三电平VSR拓扑结构和基于软开关调制的VSR拓扑结构。其中三相电压型PWM整流器就是本文研究的对象。

图1-2给出了三相半桥拓扑结构。通常所谓的三相桥式电路即指三相半桥电路。关于三相PWM整流器的工作原理将在下一节中专门论述。三相电压型PWM整流器也是本文

进行电路建模、参数计算和控制器设计的基础。

图1-2三相半桥VSR拓扑结构

1.2.4 PWM整流器的发展现状

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Busse Alfred,Holtz Joachim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PWM整流器网侧单位功率因数正弦波电流控制。1984年Akagi Hirofumi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PWM整流器早期设计思想。到20世纪80年代末，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。

自20世纪90年代以来，PWM整流器一直是学术界关注和研究的热点。随着研究的深人，基于PWM整流器拓扑结构及控制的拓展，相关的应用研究也发展起来，如有源滤波器、超导储能、交流传动、高压直流输电以及统一潮流控制等，这些应用技术的研究，又促进了PWM整流器及其控制技术的进步和完善。

这一时期PWM整流器的研究主要集中于以下几个方面:

1) PWM整流器的建模与分析;

2)电压型PWM整流器的电流控制;

3)主电路拓扑结构研究;

4)系统控制策略研究;

5)电流源型PWM整流器研究;

当前主要的研究领域有如下五个方面:

1.关于PWM整流器的建模研究

2.关于电压型PWM整流器的电流控制策略研究

3.关于PWM整流器拓扑结构的研究

4. PWM整流器系统控制策略的研究

随着PWM整流器及其控制策略研究的深入，研究人员相继提出了一些较为新颖的系统控制策略，分述如下:

（1）无电网电动势传感器及无网侧电流传感器控制

（2）基于Lyapunov稳定性理论的PWM整流器控制

（3）PWM整流器的时间最优控制

（4）电网不平衡条件下的PWM整流器控制

1.3本课题研究的主要内容

由于三相电压型PWM整流器具有电路结构简单，控制性能优良，可运行于四象限，工作在单位功率因数的状态下，谐波含量少，符合环保节能的要求，所以本文选择三相电压型PWM整流器为课题，主要研究以下几个方面内容：

(1)对所研究的三相电压型 PWM 整流器拓扑结构及工作原理进行深入分析，对整流和逆变状态下的电流换流过程进行分析，并根据系统要求对主电路的参数进行设计选取。

(2)根据系统的主电路结构，对三相电压型 PWM 整流器在三相静止坐标系与d-q同步旋转坐标系下进行数学模型推导，并对系统的双闭环控制系统进行设计，对电压空间矢量调制进行了分析。

(3)利用MATLAB\simulink设计了电网平衡下 PWM整流器的仿真模型，最后搭建了实验平台，对电网平衡状态下的稳态整流进行了实验，对仿真和实验结果进行分析研究。

(4)最后对本文进行全文总结，对下一步工作研究展望做简要叙述。

2 三相VSR 原理分析与建模

2.1 三相VSR 的拓扑结构

电压型PWM 整流器(Voltage Source Rectifier.VSR)最显著拓扑特征就是直流侧采用电容进行直流储能，从而使VSR 直流侧呈低阻抗的电压源特性。

图1-2给出了三相半桥拓扑结构。通常所谓的三相桥式电路即指三相半桥电路。

三相电压型PWM 整流器也是本文进行电路建模、参数计算和控制器设计的基础。

三相电压型PWM 整流器的拓扑结构如图2-1，图中a e 、b e 、c e 为三相对称电源相电压；a i 、b i 、c i 为三相线电流；61~V V 、61~VD VD 分别是绝缘栅双极型晶体管和续流二极管；dc V 为直流电压；R 、L 为滤波电抗器的电阻和电感；C 为直流侧电容；L R 为负载；L i 为负载电流。

图2-1三相半桥VSR 拓扑结构

2.2 PWM 基本原理分析

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。整流器的发展经历了由不控整流器(二极管整流)、相控整流器(晶闸管整流)到PWM 整流器(可关断功率开关)的发展历程。传统的相控整流器，虽应用时间较长，技术也较成熟，且被广

泛使用，但仍然存在以下问题:

（1）晶闸管换流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”;

（3）深控时网侧功率因数降低;

（4）闭环控制时动态响应相对较慢。

虽然二极管整流器，改善了整流器网侧功率因数，但仍会产生网侧谐波电流以“污染”电网;另外二极管整流器的不足还在于其直流电压的不可控性。针对上述不足，PWM 整流器已对传统的相控及二极管整流器进行了全面改进。其关键性的改进在于用全控型功率开关取代了半控型功率开关或二极管，以PWM 斩控整流取代了相控整流或不控整流。因此，PWM 整流器可以取得以下优良性能:

（1）网侧电流为正弦波;

（2）网侧功率因数控制(如单位功率因数控制);

（3）电能双向传输;

（4）较快的动态控制响应。

显然，PWM 整流器已不是一般传统意义上的AC/DC 变换器。由于电能的双向传送，当PWM 整流器从电网吸取电能时，其运行于整流工作状态;而当PWM 整流器向电网传输电能时，其运行于有源逆变工作状态。所谓单位功率因数是指：当PWM 整流器运行于整流状态时，网侧电压、电流同相(正阻特性);当PWM 整流器运行于有源逆变状态时，其网侧电压、电流反相(负胜特性)。进一步研究表明，由于PWM 整流器其网侧电流及功率因数均可控，因而可被推广应用于有源电力滤波及无功补偿等非整流器应用场合。

图2-2 PWM 整流器模型电路图 PWM 整流器实际上是一个交、直流侧可控的四象限运行的变流装置。为便于理解，以下首先从模型电路阐述PWM 整流器的原理。图2-2为PWM 整流器模型电路，可以看出: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。其中交流回路包括交流电动势e 以及网侧电感L 等;直流回路包括负载电阻L R 及负载电动势L e 等;功--+L -+i dc i dc v L R L

e v e -

率开关管桥路可由电压型或电流型桥路组成。

当不计功率开关管桥路损耗时，由交、直流侧功率平衡关系得

dc dc i v i =v

式中 v 、i 是模型电路交流侧电压、电流;

dc v 、dc i 是模型电路直流侧电压、电流。

由上式不难理解，通过模型电路交流侧的控制，就可以控制其直流侧，反之也成立。以下着重从模型电路交流侧入手，分析PWM 整流器的运行状态和控制原理。

C B D

'0

0E I V L V A C D A B 0'0E V I V L （a ） (b)

C D A B

D

0'0E V I V L

A B C

D '0

E V

I V L 0 (c) (d) 图2-3 PWM 整流器交流侧稳态矢量关系

稳态条件下，PWM 整流器交流侧矢量关系如图2-3所示。 为简化分析，对于PWM 整流器模型电路，只考虑基波分量而忽略PWM 谐波分量，并且不计交流侧电阻。这样可从图2-3分析:当以电网电动势矢量为参考时，通过控制交流电压矢量V 即可实现PWM 整流器的四象限运行。若假设I 不变，因此L V L I ω=也因此不变，在这种情况下，PWM 整流器交流电压矢量V 端点运动轨迹构成了一个以L V 为半径的圆。当电压矢量V 端点位于圆轨迹A 点时，电流矢量I 比电动势滞后90度，此时PWM 整流器网侧呈现电感特性，如图2-3a 所示;当电压矢量V 端点运动至圆轨迹B 端点时，电流矢量I 与电动势矢量E 平行且同向，此时PWM 整流器网侧呈现正电阻特性，如图2-3b 所示;当电压矢量V 端点运动至圆轨迹C 点时，电流矢量I 比电动势矢量E 超前90度，此时PWM 整流器网侧呈现纯电容特性，如图2-3c 所示;当电压矢量V 端点运动至圆轨迹D 点时，电流矢量I 与电动势矢量E 平行且反向，此时PWM 整流器网侧呈现负阻特性，如图2-3d 所示。以上，A, B, C, D 四点是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PWM 整流器四象限运行规律如下:

(1)电压矢量V端点在圆轨迹AB上运动时，PWM整流器运行于整流状态。此时，PWM 整流器需从电网吸收有功及感性无功功率，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整流器运行在B点时，则实现单位功率因数整流控制;而在A 点运行时，PWM整流器则不从电网吸收感性无功功率，而只从电网吸收有功功率

(2)当电压矢量V端点在圆轨迹BC上运动时，PWM整流器运行于整流状态。此时，PWM整流器需从电网吸收有功及容性无功功率，电能将通过PWM整流器由电网传输至直流负载。当PWM整流器运行至C点时，PWM整流器将不从电网吸收有功功率，而只从电网吸收容性无功功率。

(3)当电压矢量V端点在圆轨迹CD上运动时，PWM整流器运行于有源逆变状态。此时PWM整流器向电网传输有功及容性无功功率，电能将从PWM整流器直流侧传输至电网。当PWM整流器运行至D点时，便可实现单位功率因数有源逆变控制。

(4)当电压矢量V端点在圆轨迹DA上运动时，PWM整流器运行于有源逆变状态。此时，PWM整流器向电网传输有功及感性无功功率，电能将从PWM整流器直流侧传输至电网。

实现四象限运行的控制方法有:

一、可以通过控制PWM整流器交流侧电压，间接控制网侧电流;

二、可以通过网侧电流的闭环控制直接控制PWM整流器的网侧电流。

2.3 三相VSR的数学模型

2.3.1 三相VSR在三相静止坐标系的数学模型

所谓三相VSR一般数学模型就是根据三相VSR拓扑结构，在三相静止坐标系(a,b,c)中利用电路基本定律(基尔霍夫电压、电流定律)对VSR所建立的一般数学描述。三相VSR 拓扑结构上图2-1所示。

针对三相VSR一般数学模型的建立，通常作以下假设:

（1）电网电动势为三相平稳的纯正弦波电动势(a e,b e ,c e);

（2）网侧滤波电感L是线性的，且不考虑饱和;

（3）功率开关损耗以电阻R，表示，即实际的功率开关可由理想开关与损耗电阻R，串联等效表

（4）为描述VSR能量的双向传输，三相VSR其直流侧负载由电阻L R和直流电势

e串

L

联表示。

由上述假设得到三相电压型PWM 整流器的主电路数学模型如图2-4所示。图中a e 、b e 、c e 为三相对称电源相电压(在图中用e(t)表示)；a i 、b i 、c i 为三相线电流；dc v 为直流电压；R 、L 为滤波电抗器的电阻和电感；C 为直流侧电容；L R 为负载；L i 为负载电流。a S 、b S 、c S 为整流器的开关函数。

图2-4 三相整流器的主电路数学模型

根据三相VSR 特性分析需要，三相VSR 一般数学模型的建立可采用开关函数描述的一般数学模型，采用开关函数描述的一般数学模型是对VSR 开关过程的精确描述，较适合于VSR 的波形仿真。

以三相VSR 拓扑结构为例，建立采用开关函数描述的VSR 一般数学模型，如图2-4所示，当直流电动势L e =0时，直流侧为纯电阻负载，此时三相VSR 只能运行于整流模式，当dc L v >e ，三相VSR 既可运行于整流模式，又可运行于有源逆变模式当运行于有源逆变模式时，三相VSR 将:所发电能向电网侧输送，有时也称这种模式为再生发电模式;当。当dc L v

为分析方便，首先定义单极性二值逻辑开关函数k S 为

()c b a k s k ,,01=???= （2-1）

1=k s ，表示上桥臂导通，下桥臂关断；0=k s ，表示上桥臂关断，下桥臂导通。

将三相VSR 功率管损耗等值电阻R ，同交流滤波电感等值电阻f R 合并，且令f s R=R +R ,采用基尔霍夫电压定律建立三相VSR a 相回路方程

()a a a aN No di L Ri e v v dt +=-+ （2-2）

当a V 导通而?a V 关断时，Sa=1，且dc aN v v =;当a V 关断而?a V 导通时，开关函数Sa=0，且aN v =0，所以a dc aN S v v =，式(2-2)改写成

()a a a dc a No di L Ri e v s v dt

+=-+ （2-3） 同理，可得b 相, c 相方程如下：

)(No dc b b b v v e Ri dt di L +-=+

（2-4）

)(No dc c c c v v e Ri dt

di L +-=+ （2-5） 考虑到三相对称系统，

0;0=++=++c b a c b a i i i e e e

（2-6） 联立式（2-3）~式（2-6），则

∑=-=c b a k k dc

No s v v ,,3 （2-7）

在图2-3中，任何瞬间总有三个开关管导通，其开关模式有8种，因此，直流侧电流dc i 可描述为

c c b b a a dc s i s i s i i ++= （2-8） 另外，对直流侧电容正极节点处应用基尔霍夫电流定律，得

L L dc c c b b a a dc R e v s i s i s i dt dv C

--++= （2-9）

联立式（2.3）~式（2.9）得三相电压型PWM 整流器在三相静止坐标系（a,b,c)下的开关函数数学模型为： ?????

??????--++=++---=++---=++---=L L

dc c c b b a a dc dc c b a c c c c dc c b a b b b b dc c b a a a a a R e v s i s i s i dt dv C v )3S S S (S Ri e dt

di L v )3S S S (S Ri e dt di L v )3S S S (S Ri e dt di L （2-10）

引入状态变量X 后，可写成状态变量的表达形式为：

BE AX X Z +=?

（2-11）

其中， []T dc c b a

v i i i =X （2-12） ?????????

???????????---------=∑∑∑===0)31(00)31(00)31(00a c b,,c b,,c b,,c b a i i a a i i a a i i a S S S S S R S S R S S R A （2-13） ?????

???????=C L L L 000000000000Z （2-14） ????????????-=1000

010*********B （2-15）

[]T L c b a i e e e E = （2-16）

T

??

????=?dt dv dt di dt di dt di dc c

b

a

X （2-17） 2.3.2 三相VSR d-q 模型的建立

前面对三相静止坐标系（a,b,c ）中的VSR 一般数学模型进行研究分析。虽然VSR 在abc 坐标系下一般数学模型具有物理意义清晰、直观等特点，但是在这种模型中，VSR 交流侧均为具有一定频率、幅值和相角的正弦时变交流量，因而不利于控制系统的设计。一般的VSR 采用电压电流双闭环控制，当电流内环采用PI 调节器时，三相静止坐标系中的PI 调节器无法实现电流无静差控制。通过坐标变换将三相（a,b,c ）静止坐标系转换

成以电网基波频率同步旋转的d-q 坐标系。通过这样的变换，静止坐标系中的基波正弦量将转化成同步旋转坐标系中的直流量，对直流给定PI 调节器则可以实现无静差控制，从而提高稳态电流控制精度。而且旋转坐标系中存在有功电流和无功电流的解耦，有利于实现VSR 的控制系统的设计。

在三相VSR d-q 模型建立过程中，常用到两类坐标变换，一类是将三相静止对称坐标系(a,b,c)变换成两相垂直静止坐标系(D ，Q)；另一类是将三相静止对称坐标系(a,b,c)变换成二相同步旋转坐标系(d ，q)，或是将二相静止垂直坐标系(D ，Q)变换成二相同步旋转坐标系(d ，q)，以电流矢量I 为例，分别讨论两类坐标变换:

1三相静止坐标系(a,b,c)到二相静止垂直坐标系(D ，Q)的变换

图2-5表示了三相静止坐标系(a,b,c)与二相静止垂直坐标系(D,Q)的空间位置关系。其中Q 轴与a 轴重合，而D 轴滞后a 轴90度相角。

若I 与Q 轴间相角为θ，则I 在Q-D 轴上投影满足：

m m 22m I cos I sin I Q D Q D i i i i θθ?=?=-??=+?

（2-18）

图2-5（D 、Q ）坐标系与（a 、b 、c ）坐标系

另外，I 在a 、b 、c 三轴上的投影为

)3

2cos()3

2cos(cos i πθπθθ

+=-==m c m b m a I i I i I （2-19） 由三角函数关系及联立上式推得

111222333022Q D i i ?? - -??????=?????? - ????

（2-20） 定义零轴分量

01()3a b c i i i i =++ （2-21）

联立式（2-20）, （2-21）式，并写成矩阵形式

0111222330322111222Q a D b c i i i i i i ?? - -??????????????= - ?????????????????? ????

（2-22） 两相静止坐标系(D ，Q)到两相两步旋转坐标系（d ，q ）的变换矩阵为

22cos sin sin cos s r t t C t t ωωωω ??=??- ??

（2-23） 2 三相静止坐标系(a,b,c)到二相同步旋转坐标系(d, q)的变换

在三相电路中，两相同步旋转坐标系（d, q ）中的q 轴分量常表示有功分量，而d 轴分量则常用以表示无功分量，如图2-5所示。 在三相静止对称坐标系（a, b, c ）中，E 、I 分别表示三相电网电动势矢量和电流矢量，并且E 、I 以电网基波角频率ω逆时针旋转。根据瞬时无功功率理论，在描述三相电量时，将两相旋转坐标系（d, q ）中q 轴与电网电动势矢量E 同轴。E 矢量（q 轴）方向的电流分量 q i 定义为有功电流，而比矢量E 滞后o 90相角的轴（ d 轴）方向电流分量d i 定义为无功电流。另外，初始条件下，令 q 轴与 a 轴重合。

如图2-6所示，若令矢量I 与 a 轴相角为γ, q 轴与 a 轴相角为θ，则

m m 22m I sin()I cos()I d q d q i i i i θθ?=-γ?=--γ??=+?

（2-24）

矢量I 在a, b, c 三相静止坐标轴的投影,,a b c i i i 为

m m m I c o s 2I c o s ()32I c o s ()3a b c i i i ππ??=γ??=γ-???=γ+?? （2-25）

图２-6 坐标系（d,q) 坐标系（a,b,c ）及矢量分解

定义零轴分量为

01()3a b c i i i i =++ （2-26）

联立上式可得

0()q a d b c i i i R i i i θ????????=???????????? （2-27）

式中()θR ——旋转变量矩阵

22cos cos(cos(33222()sin sin(sin(333

111222R θθπθπθθθπθπ?? -) +) ??????= -) +) ????

?? ????

（2-28） 经过数学分析得三相VSR 在两相dq 同步旋转坐标系下的数学模型为： ?????????-+=---=+--=L

q q d d dc

d

q d dc q q

q

d d dc d d

i s i s i dt dv C Li Ri s v e dt di L Li Ri s v e dt di L )(23

ωω

（2-29）

三相PWM整流器控制器设计(精)

三相PWM 整流器控制器设计 PWM 整流器能够实现整流器电网侧的电流为正弦，从而大大降低整流器对电网的谐波污染。PWM 整流器同时能够实现电网侧电流相位的控制，常见的有使得电网侧电流与电源电压同相位，从而实现单位功率因数控制，也可以根据需要使得电网侧电流相位超前或滞后对应的电源相电压，从而实现对电网的功率因数补偿。 三相PWM 整流器主电路和控制系统原理图如图1所示，其中A VR 为直流侧电压外环PI 调节器、ACR_d、ACR_q分别为具有解耦和电源电压补偿功能的dq 轴电流内环PI 调节器，PLL 为电源电压锁相环，SVPWM 为电压空间矢量运算器，Iabc to Idiq、Vabc to ValfaVbeta和Vdq to ValfaVbeta分别为三相静止坐标-两相旋转直角坐标变换、三相静止坐标-两相静止直角坐标变换和两相旋转直角坐标-两相静止直角坐标变换。 图1 基于空间矢量的三相PWM 整流器原理图

根据开关周期平均值概念、三相电压型PWM 整流器开关函数表等，可得到三相电压型PWM 整流器在dq 坐标下微分方程形式和等效电路形式的开关周期平均模型。经过dq 轴电流解耦和电源电压补偿的控制系统结构图如图2所示，其中小写的变量表示该变量的开关周期平均值，大写的变量表示该变量在工作点的值。 v dc d dc q 图2 基于dq 轴电流解耦和电源电压补偿的控制系统结构图 对解耦和电源电压补偿之后的dq 轴等效电路进行工作点附近的小信号分析，即可得到小信号下的传递函数如式(1、（2）和（3）所示，其中L 、R 分别为交流侧的滤波电感及其等效电阻，C 为直流侧滤波电容，Dd 为d 轴在工作点的占空比。 ~ i d (s αd (s ~ i q (s αq (s ~ v dc (s i d (s V dc (1

三相电压型PWM整流器PI调节器参数整定的原理和方法

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

三相电压型PWM整流器与仿真

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

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

三相电压型PWM整流器及仿真

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

三相电压型PWM整流器建模及控制

三相电压型PWM 整流器建模及控制 摘要：本文通过基尔霍夫定律完成了对三相电压型PWM 整流器在三相静止对称坐标系下的数学建模。并通过MATLAB/SIMULINK 仿真工具对其数学模型进行了仿真验证，可以看出，仿真验证的结果证明了模型的准确性和可靠性。而后又介绍了一种直接电流控制方法即传统的双闭环PID 控制，并进行了仿真分析。 1 基于基尔霍夫定律对三相VSR 系统建模 三相电压型PWM 整流器的电路拓扑结构如图1-1所示。图中a u 、b u 、c u 为三相交流电源，L 和C 分别为滤波电感和滤波电容，R 是滤波电感的等效电阻， s R 是开关管的等效电阻。 记网侧三相交流电流分别为a i 、b i 、c i ，整流电流为dc i ，流过负载电阻的电流为L i ，负载两端电压为d c v 。 L e i O L 图1-1 三相电压型PWM 整流器电路图 针对三相VSR 一般数学模型的建立，通常作以下假设： (1) 电网电动势为三相平衡的正弦波电动势(a u ，b u ，c u )。 (2) 网侧滤波电感L 是线性的，且不考虑饱和。 (3) 功率开关管损耗以电阻s R 表示，即实际的功率开关管可由理想开关与损耗电阻s R 串联等效表示。 (4) 为描述VSR 能量的双向传输，三相VSR 其直流侧负载由L R 和直流电动势 L e 串联表示。当直流电动势0L e =时，三相 VSR 只能运行于整流模式；当L dc e v >时，三相VSR 既可运行于整流模式，又可运行于有源逆变模式；当L dc e v <时，三相VSR 则运行于整流模式。

为分析方便，定义单极性二值逻辑开关函数k s 为 10 k s ?=? ?上桥臂导通，下桥臂关断上桥臂关断，下桥臂导通 (,,)k a b c = (1-1) 将三相VSR 功率开关管损耗等效电阻s R 和交流滤波电感等效电阻l R 合并，记 s l R R R =+，采用基尔霍夫电压定律建立三相VSR a 相回路方程为 ()a a a aN N O di L R i u v v dt +=-+ (1-2) 当1S 导通而2S 关断时，1a s =，且aN dc v v =；当1S 关断而2S 导通时，开关函数0a s =，且0aN v =。由于aN dc a v v s =，上式可写成 ()a a a dc a N O di L R i u v s v dt +=-+ (1-3) 同理，可得b 相、c 相方程如下： ()b b b dc b N O di L R i u v s v dt +=-+ (1-4) () c c c dc c N O di L R i u v s v dt +=-+ (1-5) 考虑三相对称系统，则 a b c u u u ++= 0a b c i i i ++= (1-6) 故 ..3 dc NO k k a b c v v s ==- ∑ (1-7) 在图1-1中，任何瞬间总有三个开关管导通，其开关模式共有328=种，因此，直流侧电流dc i 可描述为 ()dc a a b c b b c a c c b a a b a b c i i s s s i s s s i s s s i i s s s =+++++ ()()()a c a c b b c b c a a b c a b c i i s s s i i s s s i i i s s s ++++++ a a b b c c i s i s i s =++ (1-8) 另外，对直流侧电容正极节点处应用基尔霍夫电流定律，得 dc dc L a a b b c c L dv v e C i s i s i s dt R -=++- (1-9) 则采用单极性二值逻辑开关函数描述的三相VSR 系统的一般数学模型表达式为：

三相电压型PWM整流器控制

分类号学号 M201071071 学校代码 10487 密级 硕士学位论文 三相电压型PWM整流器控制 学位申请人：万鹏 学科专业：电力电子与电力传动 指导教师：熊健副教授 答辩日期： 2013年1月6日

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements For the Degree of Master of Engineering Control of Three Phase Voltage Source PWM Rectifier Candidate : Wan Peng Major : Power Electronics and Electric Drive Supervisor: Prof. Xiong Jian Huazhong University of Science & Technology Wuhan 430074, P.R.China January, 2013

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在______年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密□。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名：指导教师签名： 日期：年月日日期：年月日

三相电压型PWM整流器及仿真

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 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 -可编辑修改-

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

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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 (6) 2.3 pwm 控制的基本原理 (9) 2.4 PWM 整流器的发展现状........................................ 1..0...三设计内容........................................................... 1..1 3.1 仿真模型...................................................... 1..1 3.2 各个元件参数.................................................. 1..5 3.3 仿真结果...................................................... 1..7 3.4 结果分析...................................................... 1..9 四总结............................................................... 2..0 五参考文献........................................................... 2..0

三相PWM整流器在电动汽车充电机上的应用

三相PWM整流器在电动汽车充电机上的应用 1 引言 电动汽车（ev）是由电机驱动前进的［1］，而电机的动力则是来自可循环充电的电池［2］，并且电动汽车对电池的工作特性的要求远超过了传统的电池系统。随着电池技术的提高，因为电动汽车电池系统中的高电压和大电流的以及复杂的充电算法，所以对电池的充电变得越来越复杂［3］，这样会对现有的电网造成很大的干扰。因此，需要高效而且失真度低的充电机［4］。 从传统上来讲，充电器可以被分为两个大类：线性电源和开关电源［5］［6］［7］。线性电源主要有三方面的优势：设计简单，在输出端没有电气噪声而且成本比较低。但是线性电源的充电电路效率低对充电器来说是一个很严重的缺点。使用开关电源可以解决这些问题，开关电源的效率高，体积小而且成本也低。传统的开关电源式充电机采用不可控或者半控器件如晶闸管进行整流，虽然能够得到较为平滑的直流电压，但是同时也给电网注入了大量的无功功率和谐波电流，给电网造成很大的污染［8］。随着电力电子技术的发展，三相电压型pwm整流器（vsr）因其具有功率因数可控、网侧电流趋近于正弦、直流侧电压稳定等优点，应用在汽车充电器中，可以解决功率因数低、谐波电流大等问题［9］。 但是pwm整流器的开关元件在电压和电流全不为零的时候动作会消耗能量［10］，而且随着开关频率增加，在开关器件上的损耗会变得越来越大［11］。使用谐振型零电压软开关可以解决这些问题，而且具有很多的优点：功率开关的软切换，在开关过程中的损耗将会很小，反过来会增加充电的效率而且可以增加运行的频率［12］。这样充电机的体积和重量也会得到减小［13］。另外一个好处是，在使用谐振［型软开关后，整流器中电压电流中的谐波含量会得到降低［14］。因此，当谐振型的整流器和传统整流器工作在相同的功率等级和开关频率时，谐振型的整流器造成的emi问题会小很多［15］。使用谐振型的整流［器去提高充电［16］机的功率等级、充电效率、可靠性和其他的工作特性［17］。 三相谐振型逆变器广泛的应用在电机调速控制等领域［20］，本文以三相逆变器为原型，设计了三相pwm整流器。并且根据谐振型整流器的特点，对控制方法进行了改进，使其能够达到最低的失真度（df）和最小的总谐波失真（thd）。将它运用在电动汽车充电机上，能够减小充电站的功率因数校正环节的压力，而且由于采用了软开关技术，不会由于增加了可控开关管，而导致充电效率降低，为充电机的大规模并入电网提供了必要条件。 2 充电机的总体拓扑结构 图1从原理上描述了充电机的总体拓扑结构图，图中包括几个主要的部分： （1）emi滤波器：抑制交流电网中的高频干扰对设备的影响，同时屏蔽电动汽车充电机对交流电网造成的干扰； （2）三相pwm整流器：三相pwm整流器应用在充电机上能够提高功率因数，而且能够减少对电网的谐波污染；随着功率因数的提高，充电站功率因数校正（pfc）的压力会得到降低。由于其具有功率因数可控的功能，既可以将它应用在充电机上，也可用作整个充电站的功率因数校正（pfc），因此会有广泛的应用前景，本文将主要对他进行设计。 （3）全桥逆变器：将整流得到的直流电压逆变成高频交流方波，用以通过高频变压器，并通过调节占空比改变输出的电压电流的大小； （4）高频变压器：传输高频交流电能，同时能够将负载和前级电路进行隔离； （5）不可控整流桥：对高频变压器传输的交流方波整流，用于对电池进行充电。 在主电路中受控的主要是三相pwm整流桥和全桥逆变器两个主要环节，但是在提高功率因数和充电效率等方面，需要着重的分析三相pwm整流器的运行机理，所以在下文的讨论中

三相pwm整流器

空间矢量的广义仿真与实验研究三相电压源逆变器的脉宽调制技术 文摘 调速驱动系统需要可变电压和频率总是从三相获得供应电压源逆变器(VSI)。一定数量的脉冲宽度调制(PWM)用于获取可变电压和方案从一个逆变器频率供应。最广泛使用的三相逆变器是舰载正弦脉宽调制方案脉宽调制和空间矢量脉宽调制(SVPWM)。有增加趋势,利用空间矢量PWM(SVPWM)因为他们的简单数字的认识和更好的直流总线利用率。然而,一个合适的仿真模型还没有可用的文学。因此,本文在一步一步的发展SVPWM紧随其后的MATLAB / SIMULINK仿真模型实验的实现。首先讨论了三相逆变器的模型基于空间向量表示。下一个简单和灵活的仿真模型的SVPWM的方法,使用MATLAB / SIMULINK开发。发达模型一般自然,因为它可以利用来实现连续和不连续空间矢量。论文的新颖性依赖提议的灵活和通用SVPWM的Matlab / Simulink仿真模型。实验及仿真结果验证该模式 关键词:空间矢量PWM 不连续PWM电压源逆变器 1.介绍 三相电压源逆变器广泛应用于变速交流电动机驱动应用程序因为他们提供变量电压和通过脉冲宽度调制控制变频输出。持续改进和高成本开关频率的功率半导体器件和机器控制算法的发展导致越来越感兴趣更精确的PWM技术。的工作已经在这个方向进行,评估的流行技术提出了由霍尔兹(1992)和霍尔兹(1994)。使用最广泛的是舰载sine-triangle PWM脉宽调制方法由于简单的实现方法在模拟和数字实现。在此方法中,然而,直流总线利用率低,直流5 V,这导致了客观的调查其他技术改善直流总线利用率。它是Houdsworth和格兰特(1984)发现注入零序(第三次谐波)扩展了范围的操作调制器15.5%。与大功率传动的应用程序相关的主要问题是高在逆变器开关的损失。来降低切换损失称为不连续PWM脉宽调制技术(DPWM)是由Depenbrock(1977)和Kolar et al。(1991)。拟议中的不连续PWM技术是基于triangle-intersection-implementation中非正弦调制信号与三角载波比较。一个广义不连续脉宽调制算法提出的有et al。(1998)包括的技术Depenbrock Kolar(1977)和:et al。(1991)。

三相电压型PWM整流器仿真课程设计

第1章绪论 1.1PWM整流器概述 随着电力电子技术的发展，功率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功率半导体开关，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功率开关．如双极型晶体管(BJT)、门极关断晶闸管(GTO)、绝缘栅双极型晶体管(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型功率模块(IPM)则开创了功率半导体开关器件新的发展方向。功率半导体开关器件技术的进步，促进了电力电子变流装置技术的迅速发展，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领域中取得了广泛应用。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了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，造成了严重的电网“污染”。治理这种电网“污染”最根本措施就是，要求变流装置实现网侧电流正弦化且运行于单位功率因数。因此，作为电网主要“污染”源的整流器，首先受到了学术界的关注，并开展了大量研究工作。其主要思路就是将PWM 技术引入整流器的控制之中，使整流器网侧电流正弦化且可运行于单位功率因数。 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。本论文只讨论能量可双向流动的可逆PWM整流器及控制策略，以下所称PWM整流器均指可逆PWM整流器。 第2章PWM整流器的拓扑结构及工作原理 2.1PWM整流器原理概述 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。整流器的发展经历了由不控整流器(二极管整流)、相控整流器(晶闸管整流)到PWM 整流器(可关断功率开关)的发展历程。传统的相控整流器，虽应用时间较长，技术也较成熟，且被广泛使用，但仍然存在以下问题： (1) 晶闸管换流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”；． (3) 深控时网侧功率因数降低； (4) 闭环控制时动态响应相对较慢。

三相PWM整流器

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