三相pwm整流器的设计_毕业设计(论文)

毕业设计（论文）题目PWM整流器的设计学院（系）：自动化学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

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作者签名：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障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理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。

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（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日武汉理工大学本科生毕业设计(论文)任务书学生姓名覃峰专业班级电气0702指导教师袁佑新教授胡红明讲师工作单位自动化学院设计(论文)题目: PWM整流器的设计设计（论文）主要内容：熟悉整流的原理，对整流技术进行综述、比较，并设计出整流器硬件电路和软件程序。

要求完成的主要任务:（1）外文资料翻译不少于20000印刷符；（2）查阅相关文献资料（中文15篇，英文3篇）；（3）掌握整流的原理；（4）撰写开题报告；（5）熟悉整流技术国内外的研究现状、目的意义；（6）对整流技术进行综述、比较；（7）计出整流器硬件电路和软件程序。

；（8）绘制的电气图纸符合国标；（9）撰写的毕业设计（论文）不少于10000汉字。

必读参考书：[1] 王兆安，黄俊.电力电子技术.第4版.北京：机械工业大学出版社，2007[2] 杨荫福，段善旭，朝泽云.电力电子装置及系统.北京：清华大学出版社，2006[3] 张崇巍，张兴.PWM整流器及其控制.北京：机械工业大学出版社，2003指导教师签名系主任签名院长签名(章)武汉理工大学本科学生毕业设计（论文）开题报告序中主要有以下几个模块构成：直流电压检测模块、交流电压检测模块、电压外环调节器计算模块、电流指令计算模块、电网频率检测模块、电流检测模块、电流内环调节器计算模块，指针计算模块。

华东交通大学理工学院Institute of Technology.East China Jiaotong University毕业论文Graduation Thesis（2009 —2013 年）题目：三相电压型PWM整流器及其控制的设计分院：电气与信息工程分院专业：电气工程及其自动化1摘要传统的二极管不可控整流器和晶闸管半控整流器输出的直流电压存在不同程度的波动，需要体积庞大的滤波装置、电网电流畸变率大、谐波含量大等缺点。

直流电压波动太大给负载带来了不良影响、滤波装置体积庞大会导致整流器笨重并且设备占地面积增大、电网电力畸变率大谐波含量高从而需要无功补偿装置，这些都增大了传统整流器的设计与运行成本。

本文从实际出发，首先介绍了三相电压型PWM整流器的发展史，电路的拓扑结构，以及电路的控制策略。

深入的研究了PWM整流器的数学模型，得到了一些有用的结论，重点研究了PWM整流器的控制策略，即SVPWM调制策略，设计了相应的控制器。

在MATLAB中搭建了仿真模型，仿真结果表明了所建立的控制系统是有效的，能够稳定三相电压型PWM整流器直流侧的直流电压，在负载突变后，也能很好的调节的直流电压保持不变，并且电网电流与电压同相，实现了单位功率因数运行。

关键字：PWM整流；SVPWM调制；仿真；单位功率因数AbstractTraditional controlled rectifier diode and thyristor half controlled rectifier output of the DC voltage varying degrees of volatility, the need for bulky filtering device, grid current distortion, harmonic content and other shortcomings. DC voltage is too volatile to the load brought adverse effects the filtering device bulky lead to rectifier bulky and equipment covers an area of increased, Power Grid distortion rate of high harmonic content and reactive power compensation device, which are increased conventional rectifier design and operating costs.From reality, this paper first introduces the history of the development of the three-phase voltage-type PWM rectifier circuit topology, and circuit control strategy. In-depth study of the mathematical model of PWM rectifier, got some useful conclusions, focus on the PWM rectifier control strategy, SVPWM modulation strategy, design the controller. In MATLAB to build a simulation model, the simulation results show that the established control systems are effective, stable three-phase voltage-type PWM rectifier DC side DC voltage, load mutation, can be well regulated DC voltage remains unchanged and the same phase of the grid current and voltage, to achieve unity power factor operation.Key words: PWM rectifier; SVPWM modulation; simulation; unity power factor3目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)目录 (3)第1章绪论 (1)1.1 课题的研究背景与意义 (1)1.1.1 谐波的危害和抑制 (1)1.1.2 功率因数校正技术 (2)1.2 PWM整流器国内外研究现状 (2)1.2.1 PWM整流器的分析与建模 (3)1.2.2 三相PWM整流器控制技术的研究 (3)1.2.3 PWM整流器拓扑结构的研究 (3)1.2.4 PWM整流器系统控制策略的研究 (3)1.3 电压型PWM整流器的控制技术 (4)1.4 本文的主要研究内容和重点 (4)第2章三相PWM整流器的原理及其数学模型 (5)2.1 PWM整流器的基本原理 (5)2.1.1 三相PWM整流器拓扑结构 (5)2.2.1 ABC静止坐标系下的低频数学模型 (7)2.2.2 两相坐标系下的低频数学模型 (9)2.2.3 PWM整流器高频通用数学模型 (11)2.2.4 两相dq坐标系的PWM整流器高频数学模型 (14)第3章三相电压型PWM整流器的控制 (17)3.1电压型PWM整理器的电压空间矢量控制技术 (17)3.2 SVPWM算法在MATLAB中的实现 (17)3.2.1 参考电压矢量所在扇区N的判断 (18)3.2.2 不同扇区两相邻电压空间矢量的作用时间 (22)第4章三相电压型PWM整流器的建模和仿真 (25)4.1 三相VSR直流电压控制 (25)4.2PWM整流器整体仿真 (27)第五章结论与展望 (29)参考文献 (30)第1章绪论1.1 课题的研究背景与意义近十几年来，随着电力电子装置的谐波污染受到愈来愈广泛的重视，随着用电设备谐波标准和电机系统节能工程的推广实施，必将会很大程度上促进对PWM 整流器的发展。

本科生毕业论文(设计)题目：基于三相PWM整流器的蓄电池充放电系统的研究与设计专业班级：自动化二班摘要在蓄电池的生产过程中需要对蓄电池进行循环充放电，对蓄电池进行化成，以激活蓄电池。

传统蓄电池充放电机大多采用晶闸管变流方式，网侧功率因数低，谐波污染严重。

此处研发了一种基于PWM 的蓄电池充放电机，该装置可运行于单位功率因数而使谐波变小，并且可将电池的放电能量馈送电网本文主电路采用三相电压型PWM 整流器，这是一个强耦合、时变非线性系统，控制较为复杂。

本论文侧重于工程设计与实现，综合考虑设计方案的可行性，可靠性，成本，生产工艺等方面的因素。

主要包括控制方法的研究、空间矢量的实现、系统的硬件与软件设计。

本文介绍三相PWM 整流器的基本理论，先介绍PWM 整流器的典型拓扑和工作原理，并建立了三相电压型PWM 整流器在abc 三相静止坐标系和dq 两相同步旋转坐标系下的数学模型。

基于dq 数学模型，完整给出采用PI 前馈解耦的双闭环控制结构。

外环为电流或电压环，用于控制恒流充放电电流和恒压充电电压。

内环为电流环，用于快速跟踪外环的指令，实现单位功率因数和正弦波电流控制。

关键词：整流器；蓄电池；PWM；坐标变换AbstractThe battery needs charging and discharging repeatedly in producing, so as activated. Most traditional charging-discharging device of storage battery using thyristors has many disadvantages. Such as low power factor and high harmonics. A novel battery charging and discharging device base on PWM is researched and developed, which can operate with unit power factor and low harmonics, and feed the discharged energy back to the utility AC line.The main circuit of this paper is three-phase voltage source PWM rectifiers, which is astrong coupling, time-varying nonlinear system, control is more complicated. This paperfocuses on the engineering design and implementation. It takes various elements such asfeasibility, reliability, cost andproduction engineering into thecompr ehensive consideration,including the research of control methods, the implementation of space vector, the design of hardware and software, and the development of prototype.This paper introduces the basalofthree-phase voltage source PWM rectifiers. Firstly, the typical topologies and principal of PWM rectifier is analyzed in this paper. The mathematical models of three-phase voltage source PWM rectifier in ABC three-phase stationary anddqtwo-phasesynchronous rotating coordinate system are established.PI and feedforward decoupling two loop control method is presented completely based on dq mathematical model.The external loop is to control the charging-discharging current or to control the charging voltage. The inner loop tails the current index of the external loop to realize unity power factor and sinusoidal current control.sincluding structure of program, control algorithm, realization of program. The program has many advantages of simple code, precise calculation and swift response.Keywords: rectifier;pwm;storage battery;three-phase voltage.目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 蓄电池充放电装置的现状和发展 (2)1.3 本课题的研究内容 (3)第2章三相电压型PWM 整流器的原理及控制 (5)2.1 PWM 整流器常见拓扑结构 (5)2.1.1 电压型三相PWM 整流器拓扑结构 (5)2.1.2电流型PWM 整流器拓扑结构 (6)2.2 PWM 整流器的运行基本原理 (7)2.3 三相VSR 数学模型 (8)2.3.1 三相VSR 的一般数学模型 (8)2.3.2 三相VSR dq 模型 (10)2.4 三相电压型PWM 整流器的控制 (12)2.4.1 常用控制方法 (12)2.4.2 三相VSR 的解耦控制方法 (14)2.4.3 三相VSR 空间矢量控制 (15)第3章蓄电池充放电装置的硬件设计 (16)3.1 硬件系统构成 (16)3.2 主电路设计 (17)3.2.1 功率器件IGBT 的选型 (17)3.2.2 三相VSR 电感设计 (18)3.2.3 电容的设计 (18)3.3 辅助电源电路设计 (19)3.4 检测控制电路设计 (21)3.4.1 TMS320F28035 最小系统电路设计 (21)3.4.2 蓄电池电流采样电路设计 (21)3.4.3 蓄电池电压采样电路设计 (23)3.4.4 交流侧电流采样电路设计 (23)3.4.5 电网电压过零检测和电压采样电路设计 (24)3.4.6继电器驱动电路设计 (25)3.4.7 相序检测电路设计 (26)3.4.8 CAN 通信接口电路设计 (27)3.5 本章小结 (27)第4章系统装置的软件设计及结果 (28)4.1 控制系统的构成 (28)4.2 电网周期与PWM 周期的计算 (31)4.3 A/D 采样 (32)4.4本章小结 (33)结束语 (34)参考文献 (35)致谢 (37)附录A 系统电路图 (38)第1章绪论1.1 研究背景及意义铅酸蓄电池是产生于1859 年，如今已经成为世界上广泛使用的一种储能设备，具有供电可靠、移动方便、电压特性平稳、适用于大电流放电及广泛的环境温度范围、使用寿命长、适用范围广、及造价低廉等优点。

安徽工程大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）三相电压型SVPWM整流器控制策略研究摘要常规整流环节广泛采用的二极管整流电路和晶闸管相控整流电路对电网注入了大量谐波，给电网造成污染。

三相电压型PWM整流器具有输出电压恒定、高功率因数、低谐波污染、能量双向流动等优点，在电力系统有源滤波、无功补偿以及交直流传动系统等领域，具有越来越广阔的应用前景。

本文详细阐述了PWM整流器的工作原理，建立了基于三相静止坐标系以及两相坐标系的低频和高频数学模型，并选择了三相电压型PWM整流器作为本文主要研究对象。

电压空间矢量调制(SVPWM)控制方法能够获得更高的电压利用率，同时可使可有效减小电流谐波。

文中对三相电压空间矢量的原理和如何实现作了详细的分析，选择了谐波含量相对小的矢量排序策略。

在电流控制方案上，提出了dq坐标系下的固定开关频率的直接电流控制策略，同时在控制中实现电流的解耦控制，以及输入电网电压的前馈，使得系统具有更好的动态性能和稳定性，并通过进行闭环系统的仿真验证了方案的可行性。

在进行三相电压型PWM整流器系统的仿真研究中，建立主电路、空间电压矢量PWM控制模块及PI控制调节器的仿真模型，并深入对三相电压型PWM整流器的谐波含量进行分析，研究主电路参数对系统跟随性和稳定性的影响。

关键字：PWM整流；SVPWM调制；直接电流控制；仿真研究I贾佳：三相电压型SVPWM整流器控制策略研究Research on Control Strategy of the Three-phase Voltage SVPWMAbstractThe conventional rectifier section widely consists of diode-rectifier circuit and phase-control thyristor rectifier,which injects large amounts of harmonics into the power networks and produces much contamination.The three-phase voltage-source PWM reetifier(VSR) have the characteristics of constant direet voltage,high power factor,small harmonic pollution,bidirectional power flow，so they have more and more application perspective in active filtering,reaetive-load compensation and motor control systems.The principle of single-phase voltage-source PWM rectifier was introduced in details,constructing the high and low-frequency mathematical model based on the three-phase static coordinate system and the two-phase synchronous rotating coordinate system from the poinit of the topology of the main circuit,and select the three-phase voltage-source PWM rectifier as this major study.With the voltage space vectors pulsewidth modulation,we can get higher usage of the voltage,at the same time it can effectively reduce the current harmonics.In this paper,the principle of three- phase voltage space vector and the specific implementation were analyzed in details,choosing the vector sequencing strategy with relatively small harmonic content.As to the current control scheme,this paper propose a directly current control scheme,which with fixed switching frequency in dq rotation reference frame.And also, we introduce current decoupling input voltage feedback,which makes the system more stable and faster response,and through the closed loop system simulation to verify the feasibility of this current control scheme.In the research of the system of the three-phase voltage-source PWM rectifier an, eastblish the main circuit,simulate module of the voltage space vectors pulsewidth modulation and simulate model of PI contorl conditioner,then analyzed deeply in the vector sequencing strategy of three-phase voltage-source PWM reetifier,deliberate the main circuit parameters on dynamic characteristics and static characteristics in the system.Key words:PWM rectifier;SVPWM modulation;direct current control;simulate researchII安徽工程大学毕业设计（论文）目录引言 ....................................................................................................................................... - 1 -第1章绪论 ......................................................................................................................... - 2 -1.1 课题的研究背景与意义 ......................................................................................... - 2 -1.1.1 谐波的危害和抑制 ....................................................................................... - 2 -1.1.2 功率因数校正技术 ....................................................................................... - 3 -1.2PWM整流器国内外研究现状............................................................................... - 3 -1.3 电压型PWM整流器的控制技术.......................................................................... - 5 -1.4本文的主要研究内容和重点 ................................................................................. - 5 - 第2章PWM整流器的原理、拓扑和数学模型.............................................................. - 7 -2.1PWM整流器的基本原理....................................................................................... - 7 -2.2PWM整流器的拓扑结构....................................................................................... - 9 -2.2.1 单相全桥PWM整流器拓扑结构....................................................................... - 9 -2.2.2 三相半桥PWM整流器拓扑结构.............................................................. - 10 -2.3 三相电压型PWM整流器的数学模型................................................................ - 11 -2.3.1ABC静止坐标系下的低频数学模型........................................................ - 12 -2.3.2两相坐标系下的低频数学模型 ................................................................. - 13 -2.3.3 基于开关函数定义的高频通用数学模型 ................................................. - 15 -2.3.4 两相坐标系的PWM整流器高频数学模型.............................................. - 18 -2.4本章小结 ............................................................................................................... - 19 - 第3章三相电压型PWM整流器的控制....................................................................... - 20 -3.1 三相电压型PWM整流器的电流控制策略........................................................ - 20 -3.1.1 间接电流控制 ............................................................................................. - 20 -3.1.2 直接电流控制 ............................................................................................. - 20 -3.2 三相电压型PWM整流器的SVPWM调制方法............................................... - 22 -3.2.1 三相VSR的电压空间矢量分布 ............................................................... - 22 -3.2.2 电压空间矢量的合成和作用时间的分配 ................................................. - 24 -3.3SVPWM调制算法的实现和仿真 ....................................................................... - 25 -3.3.1 扇区的判定和作用时间的计算 ................................................................. - 27 -3.3.2 电压空间矢量的排序和三相PWM波的生成.......................................... - 29 -3.3.3三相VSR的SVPWM调制算法的模型................................................... - 31 -3.4 本章小结 ............................................................................................................... - 31 - 第4章三相电压型PWM整流器的建模和仿真........................................................... - 32 -4.1 主电路参数设计 ................................................................................................... - 32 -4.1.1 交流侧电感的设计 ..................................................................................... - 32 -4.1.2 直流侧电容的设计 ..................................................................................... - 34 -4.2 电压空间矢量控制的三相VSR的仿真研究 ..................................................... - 36 -4.2.1 三相VSR在dq坐标系下的电流解耦控制 ............................................. - 36 -4.2.2 三相VSR整流状态下的仿真研究 ........................................................... - 38 -4.3 本章小结 ............................................................................................................... - 39 -III贾佳：三相电压型SVPWM整流器控制策略研究结论与展望 ......................................................................................................................... - 41 -致谢 ..................................................................................................................................... - 42 -参考文献 ............................................................................................................................. - 43 -附录 ..................................................................................................................................... - 44 -附录A .......................................................................................................................... - 44 - 附录B .......................................................................................................................... - 45 - 附录C .......................................................................................................................... - 53 -IV安徽工程大学毕业设计（论文）插图清单图2—1 PWM整流器模型电路.................................................................................... - 7 - 图2—2 PWM整流器交流侧等效电路........................................................................ - 7 - 图2—3 PWM整流器交流侧电压波形........................................................................ - 8 - 图2—4 (a)整流状态矢量图(b)逆变状态矢量图 ....... - 8 - 图2—5 PWM整流器四象限运行原理图.................................................................... - 9 - 图2—6 单相全桥电压型PWM整流器拓扑结构...................................................... - 9 - 图2—7 三相半桥电压型PWM整流器拓扑结构.................................................... - 10 - 图2—8 PWM整流器输入侧等效电路和向量图...................................................... - 10 - 图2—9PWM整流器交流侧矢量方程的空间矢量图............................................. - 13 - 图2—10 αβ—dp坐标系的变换关系 ......................................................................... - 15 - 图2—11 三相PWM整流器开关模型简图.............................................................. - 16 - 图2—12 三相PWM整流器高频等效电路.............................................................. - 17 - 图2—13 三相PWM整流器在dq坐标系下的高频等效电路................................ - 18 - 图3—1 三相VSR电压空间矢量分布图 ................................................................. - 23 - 图3—2 电压空间矢量的合成 ................................................................................... - 24 - 图3—3 传统输入相电压的区间划分 ....................................................................... - 26 - 图3—4 判断电压矢量所在区间的条件 ................................................................... - 26 - 图3—5 改进方案的区间划分 ................................................................................... - 26 - 图3—6 扇区号N实际对应的各扇区情况 .............................................................. - 27 - 图3—7 区间I电压空间矢量的合成........................................................................ - 27 - 图3—8 电压空间矢量的排序策略 ........................................................................... - 29 - 图3—9 电压空间矢量PWM调制方式.................................................................... - 30 - 图3—10 SVPWM调制仿真模型 .............................................................................. - 31 - 图4—1 系统设计框图 ............................................................................................... - 32 - 图4—2 直流侧电压阶跃突变时的等效电路图 ....................................................... - 35 - 图4—3 三相PWM整流器电流内环解耦控制原理图............................................ - 37 - 图4—4 三相VSR的直接电流整流仿真模型 ......................................................... - 38 - 图4—5A相电网电压和电流波形输出相位波形 ................................................... - 39 - 图4—6 常规PI控制时的输出直流电压波形.......................................................... - 39 -V贾佳：三相电压型SVPWM整流器控制策略研究插表清单表3—1 不同开关组合时的电压值 ........................................................................... - 23 - 表3—2 各扇区号对应的电压空间矢量的作用时间 ............................................... - 28 - 表3—3 各切换点赋值时刻 ....................................................................................... - 31 -VI安徽工程大学毕业设计（论文）I安徽工程大学毕业设计（论文）引言在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整流技术的应用与研究。

三相电压型大功率PWM整流器研究和系统设计近年来，随着电力电子器件的发展和现代控制理论的应用，PWM整流器因具有交流侧可单位功率因数运行，能量可以双向流动等优点，而成为电力电子领域的研究热点，并且在风力并网发电，有源电力滤波方面得到了大力的应用。

本文以三相电压型PWM整流器为研究对象，在广泛研究了PWM整流器的研究热点和应用现状上，建立了基于开关函数的数学模型，深入分析了三相电压型PWM整流器的换流过程和工作原理。

在对比了PWM整流器现行的各种控制策略优缺点后，采用直接电流控制策略，在MATLAB中建立了基于直接电流控制策略的PWM整流器仿真模型，通过仿真，分析了PWM整流器中电感，电容参数变化，负载变化时对系统性能的影响，提出一种PWM整流器交流侧电感计算方法。

针对传统直接电流控制策略中PWM整流器交流侧电流总谐波畸变率大等问题，提出基于参数自整定模糊PI控制算法，来代替直流电流控制中普通的PI 控制器。

针对PWM整流器的直流电压超调量大，过渡时间较长等问题，将滑模变结构控制理论应用于PWM整流器中，建立了基于PWM整流器传递函数的电压外环滑模控制器，在N砂汀LAB/simuhnk中验证了上述改进措施的正确性。

最后，本文完成了以TMS32OF2812DSP为核心的PWM整流器系统设计。

完成主电路参数的计算，开关管的选型，完成了PWM整流器交流侧电压电流，直流侧电压检测电路设计以及驱动电路设计对PWM整流器软件设计进行概要介绍。

关键词PWM整流器，模糊控制，电感参数计算，滑模控制AB5TRACT AsthedevelopmentofPowerelectroniedevieesandmodemeontroltheory，Three PhaseV oltage SourcePWMReetifier(VSR)15widelyused. It15usefulinindustrialaPPlieationssuchasactivePowerfiiter，variable sPeeddrives.Three 一PhaseVSR15capableofbi一direetionalPowerflow，unityPowerfaetoroPerationandinPutcurrentwithlowhannonicCofltCllt.InthisPaper，theThree一PhaseVSRMathematiesmodebasedonswitehingfunctionareseParatelysetteduPinthree一Phasestationaryeoordinateandtwo一Phasesynehronouslyrotatingcoordinate，anddireetcurrenteontrolschemeforthree一PhaseVSR15studiedandsimulated.Fromtheresultsofsimulation，thisPaPeranalysisedThree一PhaseVSRdynamicPerformaneeandrobustnesswhenitsinduetance，caPaeitaneeandloadareehanged，thenanewmethodaboutinductanceealculateinghasbeenProPosed.ConsideringhighhannoniecontenteharaeteristicoftheinPuteurrent，afuzZylogiceurrentregulatorbaseondeePlyanalyzingtheadvantagesoffuzZyPleontrolwasProPosed.ThefuzZylogiceurrentregulator15usedtoredueetheTHDofinPutcurrentsandaccommodationtimeofvoltage.InordertoimProvetherobustnessanddynamieresPonseofoutPutvoltage，anewsliding一modevoltageconirolregulatoralgorithm basedontransferfunctionwasProPosed.TheabovetwomethodshasbeenstudiedbysimulationinMATLABsoftwareandeomParedwithPlcontrol.SimulationresultsinN LAB/simulinkshowtheadvantagesoftwoProposedmethods.AtthelastofthisPaper，aresolvingstrategybasedonTMS320F281215ProPosed，ineludingthePowersystemdesignandthecontrolsystemdesign.KEYWORDSPwmreetifier，fuzZy一Pid，silding一modeeontrol目录摘要........……，…，，....................................……!ABS丁RACT (11)第一章绪论................，. (1)1.1课题的背景和研究意义 (1)1.2国内外发展水平和动向................， (2)1.2.1交流侧电流控制策略 (2)1.2.2无传感器控制................................， (4)1.2.3主电路的拓扑结构 (4)1.2.4智能控制在PWM整流器中的应用 (5)1.3本课题研究的主要内容 (5)第二章PWM整流器的运行基本原理..........................， (7)2.1PWM整流器的数学模型 (7)2.2PWM整流器运行的基本原理.............................，.. (9)2.2.1PWM整流器四象限运行的原理 (9)2.2.2直接电流控制基本原理......................……，................................. n2.2.3SVPWM技术在PWM整流器的应用 (16)2.3不同LC参数对系统性能的影响 (20)2.3.1仿真模型的建立 (20)2.3.2交流电感对系统性能的影响 (24)2.3.3直流电容对系统性能影响 (26)2.3.4负载变化对系统性能的影响 (27)2.4本章小结 (28)第三章改善PWM整流器的性能研究 (29)3.1改善PWM整流器性能的两种途径 (29)3.2电流内环的模糊PI控制 (29)3.2.1选择模糊PI控制算法的原因 (29)3.2.2模糊控制的基本原理 (29)3.2.3电流内环模糊自适应PI控制器的设计..............................................……303.2.4PWM整流器的电流内环模糊PI仿真...............................................……333.3PWM整流器的滑模变结构控制.....................................................................363，3.1选择滑模控制的原因及其在PWM整流器上的应用现状 (36)3.3.2滑模变结构控制基本原理...................................................................……373.3.3滑模控制的抖振问题..........................................................................……403.3.4PWM整流器电压环的滑模控制器设计.............................................……413.3.5减弱PWM整流器滑模控制抖振措施 (44)3.4本章小结......................................................................................................， (45)第四章PWM整流器的系统设计.......................，.. (47)4.1主电路参数设计 (47)4.1.1开关管参数选择.........................................................................， (47)4.1.2开关管缓冲电路设计....................................................................， (48)4.1.3交流侧电感直流侧电容设计...............................................................……494.2控制电路设计.............，..............................................................，.. (49)4.2.1DSP上电模块.......................................................................................……494.2.2交流电压直流电压检测模块...............................................................……504.2.3交流电流检测模块......................................................................……，.……534.2.4驱动电路..............................................................................................……544.2.5同步信号检测电路...........................................................，. (57)4.2.6散热系统..............................................................................................……574.3软件设计概述 (57)4.3.1主程序模块...........................................................................................……574.3.2外部中断程序......................................................................................……584.3.3Tl中断程序模块..................................................................................……594.4本章小结 (59)结论与展望 (60)参考文献.........，...，.. (62)附录 1.......................................................，.. (66)致谢................................，....................， (69)攻读硕士学位期间发表的论文..................................……70中南大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论课题的背景和研究意义能源是国民经济飞速发展的重要因素，如何合理开发和高效利用能源是大力提倡低碳经济的今天迫切需要解决的问题。

三相pwm整流器工作原理及数学模型研究毕业论文目录摘要.......................................................................................... 错误！未定义书签。

Abstract ................................................................................... 错误！未定义书签。

绪论.......................................................................................... 错误！未定义书签。

1 三相电压源型PWM整流器工作原理及数学模型 (2)1.1 PWM整流器工作原理 (2)1.1.1 PWM整流电路基本特性 (2)1.1.2 PWM整流电路工作原理 (2)1.2 PWM整流电路基本特性 (5)2 三相VSR控制策略及控制系统设计 (7)2.1 VSR的电流控制方法 (7)2.1.1 间接电流控制和直接电流控制的比较 (7)2.1.2 三相VSR在dq坐标系下的直接电流控制 (8)2.2 三相VSR控制系统的设计 (9)2.2.1 电流内环控制系统设计.................. 错误！未定义书签。

2.2.2 电压外环控制系统设计 (11)2.3 三相VSR的仿真 (12)3 硬件设计 (17)3.1 主电路的设计 (17)3.1.1 主功率开关器件的选择 (17)3.1.2 交流侧电感的设计 (18)3.1.3 直流侧电容的设计 (19)3.2 基于DSP的控制电路硬件设计 (20)3.2.1 TMS320F2407芯片的介绍 (20)3.2.2 IGBT驱动电路........................... 错误！未定义书签。

PFC用三相高频PWM整流器的仿真研究PFC with high-frequency three-phase PWM rectifier simulation study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。

尽我所知，除文中特别加以标注和致的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了意。

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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

摘要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、能实现单位功率因数运行、电能双向流动等特点，因而成为目前电力电子领域中的热点课题之一。

随着大规模集成电路技术及计算机技术的发展，采用微处理器作为硬件控制核心的微机控制器将成为今后整流器的发展方向。

随着控制方法的不断改进与发展，对微机整流控制器的运算速度提出了非常高的要求。

本文根据设计要求，以DSP(数字信号处理器)作为控制核心，研究并设计了基于DSP的PWM整流器。

本文首先介绍了PWM整流器的发展状况，说明了DSP与其他单片机或通用微处理器相比在性能上的优势。

从整流主电路、控制电路、测量电路、SVPWM调制方法等几个方面论述了基于DSP的PWM整流器的硬件设计以及主要实时软件的流程图和实现方法。

文中还介绍了PIM(功率智能模块)的使用，并基于此设计了系统的主电路，并用TMS320F2812的汇编语言与C语言结合进行了软件编程。

由于采用了这些先进技术，使得本文中的PWM整流器结构简单、性能可靠、操作方便。

关键词：PWM整流器；空间电压矢量脉宽调制；数字信号处理器；智能功率模块Title: The Design of Three-phase PWM rectifier Based on DSPAbstractThe conventional rectifier Produce harmonic Problem in power system. While three-phase PWM VSR (voltage source rectifier) can provide constant dc bus voltage and get unity Power factor .It also has line Power feedback capability So it is becoming interested in power electronics field.With the development of large-scale integrate circuit technology and computer technology，microcomputer-based rectifier controller will become the main stream of rectifier controllers in the future. Constant improvement in rectifier control microcomputer -based rectifier controller. According to this requirement,the paper studies and designs the DSP-based rectifier controller by using DSP (Digital Signal Processor) as the control center.This paper introduces the control function and the developing tendency of PWM rectifier. And, it illustrates DSP's performance advantage compared with the other single chips or general-purpose processors. It deals with the design of the DSP-based rectifier's hardware and the flowchart and realization method of its software from the aspects of control circuit, measuring circuit.main circuit and the method of realizing SVPWM. The paper also introduces use of IPM (Intelligent Power Module), and designs main circuit based on it. Because of the adoption of these advanced technologies, the PWM rectifier structure is simpler, its performance as retiadte and its operation convenient.Keywords： PWM rectifier；SVPWM；DSP；IPM目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1课题的研究目的和意义 (1)1.2传统整流装置的缺点 (1)1.3 三相PWM整流器的国内外发展状况 (2)1.3.1国内外发展现状 (2)1.3.2 PWM整流器的研究状况 (5)1.3.3 PWM整流器控制技术研究方向 (7)1.4本文的主要研究内容 (8)第二章PWM整流器的工作原理、拓扑结构及数学模型 (9)2.1 PWM整流器的工作原理 (9)2.2 PWM整流器电路拓扑 (11)2.2.1电压型PWM整流器拓扑结构 (11)2.3三相PWM整流器数学模型 (14)2.3.1三相PWM整流器动态数学模型 (14)2.3.2基于状态空间平均法数学模型 (17)第三章整流器主电路参数的选择 (20)3.1直流侧电压的选定 (20)3.2交流侧电感的设计 (20)3.3直流侧电容的设计 (21)3.4电路参数设定 (22)第四章PWM整流器的硬件设计 (23)4.1控制系统的设计 (23)4.1.1处理器的选择 (23)4.1.2实时时钟 (24)4.1.3电源转换电路 (25)4.1.4开关量输入电路设计 (26)4.2测量回路的设计 (27)4.2.1直流电压采样电路 (27)4.2.2交流电流采样电路 (28)4.2.3电网电压同步信号采样电路 (30)4.2.4相位及频率测量 (31)4.3主回路的设计 (31)4.3.1主回路智能功率模块的选择 (32)4.3.2输入电路 (33)4.3.3 DIP-IPM缓冲电路设计 (34)第五章基于DSP的空间电压矢量脉宽调制的实现 (35)5.1坐标变换 (35)5.2基于TMS320F2812的SVPWM的实现方法 (38)5.2.1占空比的确定 (39)5.2.2扇区的确定 (40)第六章软件设计 (42)6.1软件的可靠性设计 (42)6.1.1结构化软件设计的重要性 (42)6.1.2结构化编程原则 (42)6.1.3软件测试 (43)6.2高精度的定点运算 (43)6.2.1定点数的定标 (43)6.2.2定点数的运算 (45)6.3系统DSP软件设计 (45)6.3.1 PID控制子程序 (45)6.3.2同步中断子程序 (46)6.3.3保护程序设计 (46)结论 (49)致谢 (50)参考文献 (51)第一章绪论近20年来随着电力电子装置的广泛使用，由此引起的谐波污染问题日益严重，逐渐受到了人们的重视。

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 dcq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 (sV dc(13Ls +3R V dc(2 =-3Ls +3R RD d（3） =-RCs +1=-有了对象的传递函数，根据控制系统校正原则就可整定dq 轴电流环和直流侧电压外环PI 调节器的参数。

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ABSTRACTWith 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-β two-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 Voltage 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 Voltage 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............................................. 错误!未定义书签。

学士论文_三相电压型PWM 整流器原理及控制方法摘要随着电网谐波污染问题日益严重和人们对高性能电力传动技术的需要以及绿色能源的发展，PWM整流器技术已成为电力电子技术研究的热点和亮点。

三相电压型PWM 整流器可以做到高功率因数,直流电压输出稳定,具有良好的动态性能,还可实现能量的双向流动。

因此,成为当前电力电子领域研究的热点课题之一。

论文首先以三相电压型PWM整流器的主电路拓扑结构,阐述三相电压型PWM整流器的基本工作原理并建立了三相电压型PWM整流器的数学模型；其次,介绍三相电压型PWM整流器的控制方法,深入研究三相电压型PWM整流器的空间电压矢量脉宽调制控制方法, 以TI公司的TMS320LF2407A芯片作为控制器，选用三菱公司的IPM模块进行三相电压型PWM整流器系统的硬件设计，包括主电路、检测控制电路,保护电路等；结合硬件设计的基础之上，完成相应的软件设计。

关键词PWM整流器电压空间矢量PWM（SVPWM）控制DSP Title Design of three-phase PWM Rectifier powerAbstractWith the serious problem of harmonics pollution to the power system and the need of high performance of AC drive application and the development of the green power technology，PWM rectifier has become a highlight in the field of power electronics. Three-phase PWM rectifiers have recently been an active research topic in power electronics due to more virtues, such as sinusoidal input currents, unity power factor , steady output voltage, good dynamics and bin-directional energy flow.Firstly, the thesis elaborated the basic principle of work for the PWM rectifier according to main circuit topology of three-phase voltage-type PWM rectifier, and the establishment of a three-phase voltage-type PWM rectifier model; Secondly, the thesis proposed the three-phase voltage-type PW M rectifier’s control strategy. Based on the control strategy it has studied the space voltage vector pulse width modulation control method. With TI company's TMS320LF2407A chip as controllers, choose Mitsubishi company IPM module for three-phase voltage source PWM rectifier system hardware design, including the main circuit, detection control circuit, protect circuit, etc.; Combined with the basis of hardware design, software design of complete corresponding.Keywords PWM rectifier Voltage space vector PWM (SVPWM) control DSP目录第一章绪论 (1)1.1 课题研究背景及意义 (1)1.2 国内外PWM 整流器研究发展现状 (2)1.3 本课题研究的内容 (6)1.4 本章小结 (6)第二章三相电压型PWM 整流器原理及控制方法 (7)2.1 方案论证 (7)2.1.1 微处理器的选择 (7)2.1.2 功率器件的选用 (8)2.2 三相电压型PWM整流器主电路拓扑结构 (9)2.3 PWM整流器运行的基本原理 (10)2.4 三相电压型PWM整流器的数学模型 (13)2.4.1 三相VSR一般数学模型 (13)2.4.2 dq坐标系下三相VSR数学模型 (15)2.5 三相电压型PWM整流器控制方法 (15)2.6 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制 (17)2.6.1 SVPWM基本原理 (18)2.6.2 SVPWM的合成 (19)2.6.3 SVPWM与SPWM控制的比较 (21)2.7 本章小结 (22)第三章三相电压型PWM整流器系统硬件设计 (22)3.1 硬件系统设计 (22)3.2 主电路设计 (23)3.2.1 进线熔断器 (23)3.2.2 功率器件选型 (24)3.2.3 交流侧电感设计 (24)3.2.4 直流侧电容选取 (28)3.2.5 IPM保护及其接口电路 (29)3.3 检测控制电路设计 (31)3.3.1 过零检测电路设计 (31)3.3.2 采样调理电路设计 (32)3.3.3 温度检测电路设计 (33)3.3.4 DSP控制电路设计 (34)3.4 本章小结 (36)第四章三相电压型PWM整流器软件设计 (36)4.1 系统资源分配 (37)4.2 控制软件的构成 (38)4.2.1 主程序设计 (38)4.2.2 中断服务程序设计 (39)4.2.3 子程序设计 (41)4.3 本章小结 (43)结论 (43)致谢 (44)参考文献 (45)附录电气原理图............................................................................ 错误!未定义书签。