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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。
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PW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 S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 PWM8流器，并分析了三相电压型 PWM6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：•-［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 S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PWM8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 S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 in creas in gly importa nt role,but in the n ati onal product ion and life are closely related with thepowerelectronic 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 developme nt of power electro nica ndPWMtech no logy,therectifierhasthecharacteristicsofhighpowerfactor,harm on icmi nor,DCoutput voltage stability and hasoperatein the four-quadrant,etc」t becomes a green power conv ersi on device.Therefore,the main research subject of this paper is the three-phase voltage source PWM rectifier.Firstly,the article introduces the background and significanee of the PWMrectifier'sresearch,overviews PWM tech no logy's developme nt history and status,raises the three-phase voltage source PWM rectifier,a nd an alysed the worki ng prin ciple of three-phase voltage source PWM rectifier,on this basis established its mathematical model on ABC static coord in ate system,d-q synchronous rotati ng refere nee frame and : - 一 two-phase static coord in ate system three differe nt coord in ate system ,inadditi on.Secondly,this article researches current control strategy of PWM rectifier in depth,a nalyses the shortco ming and adva ntagebetwee n in direct-curre nt con trol and direct current control, make a decision of employment of direct current control based on fixed switch ing freque ncy,a nd systematic desig ns parameter of double closed loop con troller and PWM converter main circuit parameters.Bring in Voltage Space Vector ,and overview the arithmetic of itFin ally,I n the foun dati on of theory an alysis ,us ing Power Electric toolbox offered by MATLAB to finish the simulation experiment under Simulink environment and to verify systematic exact ness and feasibility by an alys ing the simulatio n results.Keywords: Three-phase Voltage Source PWM Rectifiers。
电压型三相PWM逆变器控制的研究[摘要]电压型三相PWM逆变器作为电力系统的关键设备，对于能源的转换效率和可靠性具有举足轻重的作用，其控制技术更是备受世界各国学者的关注。
因此，本文我们重点对电压型三相PWM逆变器的电流控制技术进行了分析，以期为提高电压型三相PWM逆变器的性能提供一些有益的参考。
【关键词】电压型三相PWM逆变器；控制；技术随着新能源分布式发电系统的发展，当大电网出现电压骤升、骤降、不平衡和谐波等电能质量问题或有计划检修时，系统转入孤岛运行模式，此时的电压（指电压幅值）和频率由内部微电源控制器负责调节。
在这种情况下，传统的并网逆变器控制方式难以满足电力系统稳定运行的需要，因此要研究适用于电力系统的电压型三相PWM逆变器控制技术。
1、电压型三相PWM逆变器的概述电压型逆变器是应用最广的一种DC-AC变换器，其直流侧以电容为能量缓冲元件，从而使其直流侧呈现出电压源特性。
根据电压型逆变器的控制方式和结构的不同，电压型逆变器主要可分为方波型、阶梯波型、正弦波型（PWM型）三类。
电压型方波逆变器以及电压型阶梯波逆变器当需要改变输出电压幅值时，一般采用脉冲幅值调制（PAM）或单脉冲调制（SPM），它们应用于大功率场合具有开关损耗低，运行可靠等优点，但也存在动态响应慢、谐波含量大（方波逆变器）、结构复杂（阶梯波逆变器）等一系列不足。
为此考虑设计另一类能克服上述不足且性能优越的电压型逆变器，即脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）电压型逆变器。
这种电压型正弦波逆变器一般应具有以下特点：（1）逆变器的直流电压可采用结构简单的不控整流电路。
（2）利用单一的功率电路及其控制，可同时调整输出频率和输出电压，动态响应快。
（3）由于输出电压的谐波频率主要分布在开关频率及其以上频段，因而输出谐波含量低。
根据输出电流的相数，电压型PWM逆变器又可以分为电压型单相PWM逆变器和电压型三相PWM逆变器。
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。
三相电压型PWM整流器控制策略及应用研究一、概述随着电力电子技术的快速发展，三相电压型PWM（脉冲宽度调制）整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置，在电力系统中得到了广泛应用。
其不仅能够实现AC（交流）到DC（直流）的高效转换，还具有功率因数高、谐波污染小等优点，对于改善电网质量、提高能源利用效率具有重要意义。
对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行深入研究，对于推动电力电子技术的发展和电力系统的优化升级具有重要意义。
三相电压型PWM整流器的控制策略是实现其高效稳定运行的关键。
目前，常用的控制策略包括基于电压矢量控制的直接电流控制、基于空间矢量脉宽调制的间接电流控制等。
这些控制策略各有优缺点，适用于不同的应用场景。
需要根据实际应用需求，选择合适的控制策略，并进行相应的优化和改进。
在实际应用中，三相电压型PWM整流器被广泛应用于风力发电、太阳能发电、电动汽车充电站等领域。
在这些领域中，整流器的稳定性和效率对于保证整个系统的正常运行和提高能源利用效率具有至关重要的作用。
对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行研究，不仅有助于推动电力电子技术的发展，还有助于提高能源利用效率、促进可再生能源的发展和应用。
本文将对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行深入研究。
介绍三相电压型PWM整流器的基本原理和常用控制策略分析不同控制策略的优缺点及适用场景结合实际应用案例，探讨三相电压型PWM整流器的优化改进方法和发展趋势。
通过本文的研究，旨在为三相电压型PWM整流器的设计、优化和应用提供理论支持和实践指导。
1. 研究背景与意义随着全球能源危机和环境污染问题日益严重，可再生能源的利用与开发已成为世界各国关注的焦点。
作为清洁、可再生的能源形式，电能在现代社会中发挥着至关重要的作用。
传统的电能转换和利用方式存在能量转换效率低、谐波污染严重等问题，严重影响了电力系统的稳定性和电能质量。
研究高效、环保的电能转换技术具有重要意义。
第三章三相电压型PWM整流器的基本原理与建模分析本文蓄电池充电装置是采用可逆PWM整流器的智能充电装置，PWM整流器既可工作于整流状态又可工作于逆变状态，从而实现能量再生和提高网侧功率因数，降低对电网的谐波污染;并采用馈能放电，将蓄电池电能回馈到电网，节省电能。
三相电压型PWM整流器是本系统研究的基础，担负着为蓄电池充电时提供直流电源及放电时向电网馈电的功能。
本章给出了三相电压型PWM整流器的基本原理及建模仿真。
1.1 PWM整流器基本原理概论PWM整流器是一个可工作在四象限的、交流侧和直流侧全控型的电流变换装置。
首先通过PWM整流器的模型电路来阐述其基本原理。
图3-1图3-1为PWM变流器模型电路。
PWM变流器模型电路由主要由三部分构成:交流网络、桥式功率开关管电路以及直流网络。
其中交流网络可以等效为交流电动势E和网侧电感L的串联;直流网络可以等效为负载电阻RL和负载电动势eL串联;桥式功率开关管电路可以是电压型桥路也可以使电流型桥路。
忽略功率开关管桥路的损耗，根据交流侧和直流侧功率平衡关系可得1.1式（3-1）式中:V , I 一交流侧电压、电流;Vdc, ldc一直流侧电压、电流。
由式(1.1)可知:模型电路的的交，直流两侧相互制约。
下面通过分析模型电路的交流侧电压电流来研究PWM变流器的运行原理。
为简化分析，忽略PWM的谐波分量，只考虑基波，稳态运行时，PWM交流侧电压电流矢量关系如图1.2所示。
以E为参考矢量，控制V，可实现四象限运行。
如不变，则也不变，V的运行轨迹便成了以为半径的圆。
在V分别抵达A, B, C, D四个特殊点时，PWM整流器分别呈现纯电感特性、正电阻特性、纯电容特性和负电阻特性。
A)纯电感特性运行 B)正电阻特性运行 C)纯电容特性运行 D)负电阻特性运行图1.2PWM变流器交流侧稳态矢量关系图E一交流电网电动势矢量 V一交流侧电压矢量VL-交流侧电感电压矢量 I一交流侧电流矢量对PWM整流器在四个特殊点间的运行规律详细分析如下:1.电压矢量v端点在圆轨迹弧AB上运动时，PWM整流器运行于整流状态。
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。
三相电压型高功率因数PWM整流器研究的开题报告
一、研究背景
现代电力系统的电能质量问题越来越严重，而功率因数是衡量电能质量的重要指标之一。
传统的整流器普遍存在功率因数低、谐波污染严重等问题，严重影响了电力
系统的稳定性和可靠性。
因此，研究一种高功率因数的整流器成为了一个迫切的需求，而PWM整流器是目前公认的高功率因数整流器。
二、研究目的
本文旨在研究三相电压型高功率因数PWM整流器的原理和设计方案，通过仿真和实验验证，分析其功率因数提高、谐波干扰减小的效果，并探究其在实际应用中的
适用性和优越性。
三、研究内容
1. PWM整流器的原理介绍
2. 高功率因数PWM整流器的设计方案，包括控制策略、滤波器设计等
3. 基于Matlab/Simulink的整流器系统仿真及参数分析
4. 实验平台的搭建和实验结果分析
5. 对比分析高功率因数PWM整流器与传统整流器的性能差异
四、研究意义
1. 提高电能质量，减小谐波污染，保障电力系统稳定性和可靠性；
2. 促进节能减排，降低能源消耗；
3. 推动新能源的开发和利用，为可持续发展做出贡献。
五、参考文献
1. 饶平. PWM变换器及其在电力电子中的应用[M]. 科学出版社, 2005.
2. 王志强. 电力电子技术[M]. 清华大学出版社, 2002.
3. 程岩, 罗潋, 杨丹. 基于矢量控制的高功率因数PWM整流器仿真研究[J]. 上海
电力学院学报, 2009, 25(4): 362-365.
4. 张立新, 马玉阳, 杨建军. 一种基于谐波滤波的高功率因数PWM整流器[J]. 电工技术学报, 2006, 21(8): 83-88.。
三相高功率因数电压型PWM整流器的研究的开题报告标题：三相高功率因数电压型PWM整流器的研究一、研究背景和意义电力系统中，电力电子系统发挥着越来越重要的作用。
其中，电压型PWM整流器被广泛应用于工业和交通领域中的高功率应用。
然而，传统的电压型PWM整流器存在功率因数低、谐波产生多等问题，与国家节能减排要求相悖。
因此，一种能够克服传统电压型PWM整流器问题的高功率因数电压型PWM整流器研究显得尤为重要和迫切。
二、研究内容和技术路线本研究拟实现一种三相高功率因数电压型PWM整流器。
主要内容包括以下几个方面：1. 分析传统电压型PWM整流器的问题，总结需要改进的方向。
2. 研究高功率因数电压型PWM整流器的原理和特点，并结合理论计算，设计出符合要求的电路。
3. 进行亚光半导体器件的选型和现有元器件的确定和优化。
4. 利用Matlab/Simulink等软件，进行三相高功率因数电压型PWM整流器的建模和仿真，并对结果进行分析和优化。
5. 利用实验平台，进行硬件实验，验证三相高功率因数电压型PWM整流器的性能指标，如功率因数、谐波、效率等。
三、研究预期成果本研究预期能够实现一种三相高功率因数电压型PWM整流器，并进行模拟和实验的验证。
具体预期成果包括以下几个方面：1. 构建出符合高功率因数电压型PWM整流器的电路，并通过仿真验证。
2. 通过选型和优化，确定合适的元器件并完成原理图和PCB图。
3. 通过硬件实验，验证电路的性能指标，如功率因数、谐波、效率等。
4. 提出可行性较高的改进方案，完成高功率因数电压型PWM整流器的优化设计。
四、研究工作计划本研究的预计时间为一年，在此期间，我们将按以下计划进行工作：1. 前三个月：开展文献调研和理论分析，确定电路方案，并进行仿真验证。
2. 中三个月：选择合适的元器件，完成原理图和PCB图的设计。
3. 后六个月：进行硬件实验，验证电路的性能指标并提出改进。
五、研究经费和资源保障本研究的经费主要用于元器件的选购和实验平台的搭建等，预计经费需要10万元。
三相电压型 PWM 变流器分析姓名：学号：专业：1 引言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(Pulse Width Modulation) 技术为基础的功率变换装置得到了越来越广泛的应用。
PWM 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。
根据整流器拓扑结构的不同，可以分为电压型整流器（ Voltage Source Rectifier ，简称 VSR ）和电流型整流器（ Current Source Rectifier ，简称 CSR）两类 ,这两种整流器各有优缺点，且互为对偶。
而 VSR 具有结构简单、能量损耗低、变流效果好、动态响应速度快等优点， 20 世纪 90 年代以来，电压型整流器的研究成为电力电子和电能变换领域最重要的研究方向之一。
[1]2 PWM 变流器的原理PWM 变流器是PWM 整流器和PWM 逆变器的统称，是运用脉宽调制技术对由电力电子开关器件构成的特定的电路进行控制从而使得交流侧输入电流正弦且功率因数为1、能量可双向流动的一种电路结构。
与传统意义上的整流电路相比，PWM 整流器不仅是AC ／ DC 变换器。
由于电能的双向传输，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。
无论工作在那种状态，其网侧电流均能实现单位功率因数控制。
所谓单位功率因数是指：输入电流波形正弦，且当PWM 整流器运行于整流状态时，网侧电压、电流同相位；当PWM 整流器运行于有源逆变状态时，其网侧电压、电流反相位。
因此，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。
下面通过变流器的模型来说明其工作的原理。
L iE V负e L载图1 变流器的单相等效模型变流器的单相等效模型如上图所示，在不考虑功率管以及连接电感损耗时，按照交直流侧功率平衡原则可得：e(t ) i (t) i c (t ) u dc (t)(1)由(1) 式不难得出，在电网电压不变时，可以通过控制交流侧电流即可实现对直流侧的控制；反之亦然。
由于整流电路的目的就是要获取一个稳定的直流侧电压且交流侧电流按正弦规律变化，同时实现单位功率因数，因此，其控制完全可以通过直接或者间接的对网侧电流进行控制实现。
稳态条件下，PWM 整流器交流侧矢量关系可由下图表示。
[2]D DEO ’ EOA O CV L CVV LV AIBIBa) 正电阻特性运行b) 纯电感特性运行I DDIVV LO V LEEAO CO ’ AV CBBc) 负电阻特性运行 d) 纯电容特性运行图 2 PWM 整流器交流侧矢量关系图其中 E — 电网电动势矢量 , V L — 电感电压矢量 ,V — 交流侧电压矢量 ,I — 交流侧电流矢量 (a)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有功功率，而只从电网吸收感性无功功率。
(b)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(c)当电压矢量 P 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。
(d)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。
3 三相电压型变流器（ VSR ）SVPWM 数学模型三相电压型整流器的数学模型是进行系统理论分析、 仿真实验以及系统开发设计的前提条件。
图 3 所示为三相电压型整流器的主电路拓扑结构。
V 1 V 3 V 5e a L i a VD 1VD 3VD 5V a负 e b L i bCV bLi c载e cV cOV 4V 6 V 2VD 4VD 6VD 2N图 3 三相电压型整流器系统模型由图可知， 三相电压型整流器的主电路主要由交流侧电感、 功率变换桥路、 直流侧滤波电容组成。
3.1 三相静止坐标系中的数学模型由基尔霍夫电路定律建立三相电压型整流器电压回路方程，得：Ldi a Ri ae a ( v aN v NO )dtLdi b Ri b e b (v bN v NO )(1)dtL di c Ri c e c (v cN v NO )dt开关函数定义为1上桥臂开通，下桥臂关断S k2上桥臂关断，下桥臂开通考虑到系统三相对称，且考虑到交流侧电压与开关函数和直流侧电压的关系，因此有：v NOu dcS k3(3)k a,b ,cv kNS k u dc带入 (1)式可得：L di aRi a e a(S a1(S a S b S c )) u dcdt3L di bRibe (S1( SS S )) u(4)dt bb3 a bcdcdi cRi c e c( S c1 S bS c )) u dcL(S adt3在某一时刻，某一开关状态下对直流侧电容与负载运用基尔霍夫电流定律，并联立(3)式，可得三相电压型PWM 整流器在 abc 三相静止坐标系数学模型。
di a Ri a e a (S a 1S bS c )) u dcL( S adt3L di bRi b e (S1( S S S )) udcdtbb3 abc(5)L di c1( S aRi c e c ( S cS b S c )) u dcdt3C du dci S i Si S i Laab bccdt可用控制框图表示为下图所示：e c e b e cu a*ias ai aPI 调节器u bi c * i bs bPI 调节器SPWMu ci c * i cs c*PI 调节器i 电压 *u dc调节器u dc直流电压检测负载图 4 abc 三相静止坐标系 PWM 控制框图3.2 两相同步旋转坐标系中的数学模型在三相静止坐标系下， e a 、 e b 、 e c 以及 i a 、 i b 、 i c 存在耦合。
为了简化三相电压型整流器控制系统的设计，降低系统的阶次，通常将三相静止坐标系（abc ）中开关函数描述的 一般数学模型变换到两相同步旋转坐标系（ dq ）中。
其中 d 轴与三相电压合成矢量方向重合且以角速度 ω逆时针同步， q 轴超前 d 轴 90。
[3]坐标系之间的关系如下图所示：bdwqac图 5 abc 坐标系和dq 坐标系根据等量变换原则，coscos( 120) cos(c3 s/2 r2sin(120)sin(sin3111222可得到三相 VSR 在旋转两相 dq 坐标系下的系统模型为：LdiduR idS vdc wLiqdt ds ddi qu q R s i qS q vdcwL s i dLdtCdudc3(i d S d i q S q ) i Ldt 2120)120) 6(7)在静止三相坐标系中三相电源是相互耦合的。
坐标变换方法，如果电网输入电压平衡，此时 d 、 q 分量均为直流，且 dq 坐标系中 d 轴电流为系统输入有功电流， q 轴电流为系统无功电流。
这样就可以实现三相VSR 网侧有功和无功分量无耦合、独立控制。
所以调节器的设计方便，运算简单，而且很容易实现输入功率因数为1。
可用控制框图表示为：Park变换i ieClarke 变换e a e be cPark e Clarke变换变换同步信e de q号检测s a *i qe b *V*i q非线 V qPark s bPI 调节器* i d性变换耦合SVPWMi d**V s cPI 调节器V d电压 *调节器u dcu dc直流电压检测负载图 6 dq 两相旋转坐标系 PWM 控制框图4 电压型 PWM 变流器应用三相电压型整流器是目前电力电子技术研究热点， 由于其具有交流侧电流正弦化、 单位功率因数运行、 低谐波含量、 能量可双向流动以及交流侧呈现受控电流源特性等优点， 应用场合越来越广泛。
近些年， 电压型整流器主电路拓扑结构取得了很大的突破。
主电路设计的原则应使拓扑结构尽量简单、开关器件数目尽量少、成本尽量低，且系统具有较高稳定性。
根据整流器的功率不同， 研究的侧重点也不同。
在小功率应用场合， 研究工作主要是减少功率器件数目、提高直流电压性能；在大功率应用场合，研究工作主要是多电平技术、变流器组合和软开关等技术。
[4]随着各领域对电力设备容量需求的不断增加，整流器在大功率电力设备中的应用已成为重要的研究方向。
在电力系统中应 用 主要是由于其可以处于 4种运行方式 :(l) 整流运行； (2) 逆变运行； (3)无功补偿； (4)电流超前电压运行。
同时,PWM 整流器技术是一种绿色电力电子技术 , 这也是其电路本质特性决定以多种形式应用于电力系统的根本。
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