全数字单相三电平整流器控制电路设计

单相三电平S P W M整流器的研究与设计摘要随着电力电子器件、高精度高速运算芯片、实时仿真及控制等技术的飞速发展，各类电力电子装置正广泛地应用于交直流可调电源、电力供电系统、电气传动控制与电化学生产等领域，然而大多数的电力电子装置都是通过变流器与电网相连，总存在网侧功率因数低以及输入电流谐波成分高的问题。

为了减小谐波干扰对电网质量的危害，以及可能因此而引发的事故，1994年3月国家技术监督局颁布了国标GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》。

抑制电力谐波提高功率因数的方法主要有两种，一种是装设专用的谐波补偿装置，该方法相应地带来了成本增加的问题；另一种是采用新型的高功率因数变流器。

PWM整流器作为高功率因数变流器的一个重要方向，在各种工业生产领域扮演着重要角色。

它不仅要求中间直流环节的电压保持恒定，交流侧功率因数为1，还要求尽量减少电流谐波。

然而相对于两电平PWM整流电路，三电平PWM整流器的功率开关管所承受的关断电压为直流侧电压的一半，减少了功率开关管的电压强度，同时电平数的增加使入端电流更接近正弦波，在同样的的开关频率及控制方式下，其电流谐波总畸变率（THD）要远小于两电平PWM整流器。

因此，本毕业设计以单相三电平PWM整流器为研究对象, 首先介绍了课题的产生背景、研究概况及意义，阐述了PWM整流器的工作原理，并对其开关工作模态以及拓扑结构进行了分析；其次，在此基础上，建立了三电平整流器的系统数学模型，并对PWM控制技术进行总结，采用电压电流双闭环控制，利用MATLAB/Simulink进行了仿真实验。

仿真结果表明，系统的工作情况与理论分析相符合，该系统不仅能使直流电压在一定范围内可调，而且使整流器交流侧电流谐波降低，实现了单位功率因数运行。

关键词：三电平整流功率因数校正 MATLAB仿真ABSTRACTWith the rapid development of power electronic devices, high-precision high-speed computing chip, real-time simulation and control technology, various types of power electronic devices are widely used in AC-DC adjustable power supply, power supply systems, electrical transmission control and electrochemical production etc, but most power electronic devices connected to the grid through the converter, there is always the low power factor and high harmonics problem of the input current.In order to reduce the harm of grid-quality by the harmonic-interference, and the accident may resulted form it, the State Bureau of Technical Supervision issued a national standard GB/T 14549-1993 "harmonic power quality utility" in March 1994. There are two methods to improve power factor and inhibit power harmonic, one is the installation of a dedicated harmonic compensation devices, the method has brought a corresponding increase problem in the cost ; the other is using the new high power factor converter .PWM rectifier ,as an important direction of high power factor converters, plays an important role in the various areas of industrial production. It not only requires the constant of middle- dc voltage, AC power factor is 1, also required to minimize the current harmonics.However, in related to the two-level PWM rectifier, the DC side power switch turn-off voltages of three-level PWM rectifier are the half, so it reduce the power voltage- strength, and the increase of the lev el’s numbers makes the input-side current closer to the sine wave, and at the same switching frequency and control mode, the total current harmonic distortion (THD) is much smaller than the two-level rectifier.Therefore, this graduating-design choose the single-phase three-level PWM rectifier as research object. First this paper introduces the background,research survey and significance of this research subject, explains the working principle of the PWM rectifier and analyzes its switching modes and topology; Secondly, on this basis, a systemmathematical model of the three-level rectifier is built, then begin a MATLAB/simulink simulation experiment with the summary of PWM controltechniques and the use of voltage and current double closed loop control. Simulation results show that the work of the system consistent with the theoretical analysis, this system not only enables the DC voltage isadjustable within a certain range, but also reduce the rectifier AC side current harmonics to achieve the unity power factor operation.Key words: three-level power factor correction MATLAB simulation主要符号说明S u 输入交流电源电压s i 网侧电流ab AB u u / 交流侧调制电压d u 直流侧输出电压d i 直流侧输出负载电流g i 中点箝位电流1u 直流侧电容C1两端电压2u 直流侧电容C2两端电压a S 1-a S 4/b 1S -b S 4 三电平整流器左/右半桥臂四个开关管a VD 1-a VD 4/b VD 1-b VD 4 三电平整流器8个反并联二极管1C /2C 直流侧上下两个支撑电容R 入端电阻L 入端电感L R 直流侧输出负载电阻A S 三电平整流电路简化模型的A 相开关S三电平整流电路简化模型的B相开关B毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

单相三电平PWM整流器关键技术研究摘要：随着电力系统的迅速发展和电力负荷的快速增长，传统的整流器无法满足对电力质量和效率的要求。

单相三电平PWM整流器作为一种新型的电力电子装置，具有较低的谐波含量、较高的功率因数和较高的效率等优点，成为了当前研究的热点之一。

本文主要研究了单相三电平PWM整流器的关键技术，包括拓扑结构、控制策略和谐波抑制等方面。

1. 引言单相三电平PWM整流器是一种将交流电转换为直流电的电力电子装置，广泛应用于电力系统中。

它通过控制开关器件的开关状态和占空比，实现对输出电压的调整和控制。

传统的整流器存在谐波较多、功率因数较低等问题，而单相三电平PWM整流器具有较低的谐波含量、较高的功率因数和较高的效率等优点。

2. 拓扑结构单相三电平PWM整流器主要由两个H桥逆变器组成，其中一个H桥逆变器与输入交流电源相连，另一个H桥逆变器与电容并联。

该结构可以实现三个输出电平，从而减小了输出电压的谐波含量。

3. 控制策略单相三电平PWM整流器的控制策略是实现其优良性能的关键。

常见的控制策略包括基于三角载波的PWM控制和基于空间矢量调制的PWM控制。

前者通过在每个半周期内对比较器输出进行调整，实现对输出电压的控制；后者通过改变矢量图形的形状和位置，实现对输出电压和电流的精确控制。

4. 谐波抑制谐波抑制是单相三电平PWM整流器关键技术中的一个重要方面。

为了减小输出电压的谐波含量，可以采用谐波抑制技术，如添加滤波电感、采用多级拓扑结构等。

5. 结论单相三电平PWM整流器作为一种新型的电力电子装置，在电力系统中具有广泛的应用前景。

本文研究了单相三电平PWM 整流器的关键技术，包括拓扑结构、控制策略和谐波抑制等方面。

研究结果表明，采用适当的拓扑结构和控制策略，能够实现较低的谐波含量、较高的功率因数和较高的效率。

然而，由于单相三电平PWM整流器的复杂性，还需要进一步研究和改进，以满足电力系统对电力质量和效率的要求。

三电平PWM整流器控制方法研究近年来，随着电力系统的发展和电力负荷的增加，对于电力变换和控制技术的需求也在不断增加。

而三电平PWM整流器作为一种重要的电力变换设备，其控制方法的研究显得尤为重要。

本文将就三电平PWM整流器的控制方法进行研究探讨。

首先，三电平PWM整流器的控制方法主要包括两种，即传统的基于脉宽调制的控制方法和基于模型预测控制的方法。

传统的脉宽调制方法主要通过调节开关器件的开关频率和占空比来控制输出电压的波形，以实现电力变换的目的。

而基于模型预测控制的方法则是通过建立数学模型，预测系统的状态和输出，并根据预测结果进行控制。

其次，在传统的脉宽调制方法中，常用的控制策略有三种，即基于电流控制的方法、基于电压控制的方法和基于电流电压双闭环控制的方法。

其中，基于电流控制的方法主要通过控制输入电流来实现对输出电流的控制，以保证输出电流稳定。

基于电压控制的方法则是通过控制输出电压来实现对输出电流的控制，以保证输出电压稳定。

而基于电流电压双闭环控制的方法则是综合考虑了输入电流和输出电压的控制要求，以实现更为精确的控制。

最后，基于模型预测控制的方法是近年来较为新兴的一种控制方法。

该方法通过建立系统的数学模型，并根据模型的预测结果进行控制，以实现对输出波形的精确控制。

相比于传统的脉宽调制方法，基于模型预测控制的方法具有更高的控制精度和响应速度，能够更好地适应电力系统的需求。

综上所述，三电平PWM整流器的控制方法研究涉及传统的脉宽调制方法和基于模型预测控制的方法。

在传统的方法中，基于电流控制、电压控制和电流电压双闭环控制是常用的策略。

而基于模型预测控制的方法则是一种较新的控制方法，具有更高的精度和响应速度。

在未来的研究中，我们还可以探索更多的控制策略，以进一步提高三电平PWM整流器的控制性能。

三相全控整流电路设计首先，我们来了解一下三相全控整流电路的原理。

三相电压通过变压器降压后输入到全控整流桥中。

全控整流桥由六个可控硅组成，用于将交流电转换为直流电。

当可控硅接通时，正半周交流电通过可控硅和负载，产生正半周输出电流。

当可控硅关断时，负载上的电流为零。

通过不断调节可控硅的触发角，可以实现对输出直流电的控制。

下面是三相全控整流电路的设计步骤：1.确定输入电源的参数：包括输入电压、频率、输出电流等。

根据这些参数来选择合适的变压器和滤波电容。

2.选择可控硅器件：可控硅具有可逆电流特性，可以控制整流桥的导通和关断。

选择合适的可控硅型号，考虑到其额定电流和电压能否满足设计需求。

3.计算滤波电容：滤波电容可以平滑输出电压波动。

根据负载电流和要求的纹波系数来计算所需的滤波电容。

4.设计触发控制电路：触发控制电路用于控制可控硅的导通和关断。

触发脉冲的宽度和相位可以通过控制触发电路的输出来实现。

5.绘制电路原理图和PCB布局：将上述设计结果绘制成电路原理图，并进行PCB布局，以便制造和安装电路。

6.选择合适的保护措施：三相全控整流电路在设计过程中需要考虑过电流、过温、过压等保护措施，保证电路的安全运行。

三相全控整流电路的应用非常广泛。

它可以用于工业电力系统中的直流电源供应，如钢铁厂、化工厂等。

此外，它还可以应用于交通设备控制，如电动车充电器、电车、电梯等。

同时，它还可以作为电动机的起动器，实现电动机电源的变频控制。

总而言之，三相全控整流电路是一种常见的交流电到直流电转换电路，具有广泛的应用领域。

在设计这个电路时，我们需要确定输入电源参数，选择合适的可控硅器件，计算滤波电容，并设计触发控制电路。

通过合适的保护措施，可以确保电路的安全运行。

三相全控整流电路在工业电力系统、交通设备和电动机控制等领域具有重要的应用。

三相全控整流电路课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解三相全控整流电路的基本原理和组成。

2. 学生能够掌握三相全控整流电路的电路图及其工作过程。

3. 学生能够解释三相全控整流电路中各元件的作用及其相互关系。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，正确绘制并分析三相全控整流电路。

2. 学生能够通过实验操作，验证三相全控整流电路的输出波形及其特点。

3. 学生能够解决实际应用中与三相全控整流电路相关的问题，具备一定的电路分析与设计能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力电子技术领域的兴趣，激发他们的求知欲和探索精神。

2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验操作的安全性和准确性。

3. 培养学生的团队协作精神，学会与他人共同分析问题、解决问题。

课程性质：本课程为电子技术专业课程，以理论教学和实践操作相结合的方式进行。

学生特点：学生已具备一定的电子技术基础，具有较强的逻辑思维能力和动手能力。

教学要求：结合课程性质、学生特点，本课程要求学生在掌握理论知识的基础上，注重实践操作，培养实际应用能力。

通过课程学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面均取得具体的学习成果。

后续教学设计和评估将围绕这些具体学习成果展开。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下三个方面：1. 三相全控整流电路基本原理- 介绍三相交流电源及其特点- 三相全控整流电路的工作原理- 三相全控整流电路的组成及各元件功能教学内容关联教材章节：第三章第三节“三相全控整流电路”2. 三相全控整流电路分析与设计- 电路图绘制及电路参数计算- 输出电压和电流波形的分析- 三相全控整流电路的触发角度与输出电压关系教学内容关联教材章节：第三章第四节“三相全控整流电路的分析与设计”3. 实践操作与实验- 三相全控整流电路的搭建与调试- 观察不同触发角度下的输出波形- 分析实验数据，验证理论分析结果教学内容关联教材章节：第三章实验“三相全控整流电路实验”教学进度安排：第一周：基本原理学习，电路组成和元件功能介绍第二周：电路分析与设计，触发角度与输出电压关系探讨第三周：实践操作与实验，观察与分析实验现象，总结实验结果三、教学方法为了提高教学质量，充分调动学生的学习兴趣和主动性，本章节将采用以下多样化的教学方法：1. 讲授法：- 对于三相全控整流电路的基本原理、组成和元件功能等理论知识点，采用讲授法进行教学。