摘 要

在电力电子领域，由于绿色能源技术的快速发展，PWM整流器技术在很多行业都得到了大量的运用。于是乎，输入侧功率因数高、抗负载扰动能力好、直流侧输出电压平稳且能够在四象限运行的PWM整流器就得以问世。控制性能良好、电路结构清晰、工作在单位功率因数的状态下且谐波含量少是三相电压型PWM整流器的特点，而PWM整流器的工作原理及数学模型恰恰是实现整流器控制的前提，故本文以应用最为广泛的三相电压型PWM整流器为研究对象，主要讨论了以下几个方面的内容：

对所研究的三相电压型 PWM 整流器拓工作原理和电路结构进行了深入的分析；将三相电压型 PWM 整流器置于三相静止坐标系与d-q同步旋转坐标系下进行数学模型推导，然后经过计算，选取合适的主电路参数； 对PWM整流器控制器进行设计，主要包括SVPWM，双环控制策略以及双环PI控制器的设计；利用MATLAB/simulink对电网平衡下 PWM整流器的仿真模型进行设计，并进行了THD及动态稳态精度的分析。

关键词：PWM整流器；双环控制；MATLAB仿真

Abstract

In the field of power electronics, due to the rapid development of green energy technologies, PWM rectifier technology in many industries have been a lot of use.Ever since, the input power factor is high, good anti-disturbance load capacity, smooth the DC output voltage and is capable of four quadrant PWM rectifier published.Good control performance, the clear circuit structure, and less harmonic content at unity power factor is the state of the three-phase voltage type PWM rectifier characteristics, working principle and mathematical model of PWM rectifier is a prerequisite to achieve precisely controlled rectifier, so in this article in the most widely used three-phase voltage type PWM rectifier as the research object, mainly discusses the following aspects:

Study on the three-phase voltage type PWM rectifier topology and operating principle conducted in-depth analysis; The three-phase voltage type PWM Rectifier placed three-phase stationary coordinate system with d-q synchronous rotating coordinate system derived mathematical model and parameters according to the system requirements for the main circuit design and selection; Designing the PWM rectifier controller , including bicyclic SVPWM control strategy and design, bicyclic PI controller;Using MATLAB / simulink simulation model grid balanced PWM rectifier designed and analyzed THD dynamic and static accuracy.

Key Words:PWM Rectifier; Bicyclic Control; MATLAB Simulation

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1PWM整流器的概述 1

1.2研究PWM整流器的意义 1

1.3PWM整流器的研究现状与发展趋势 2

1.4本课题研究的主要内容 2

第2章PWM整流器的工作原理及数学建模 4

2.1PWM整流器的工作原理 4

2.2三相PWM整流器的拓扑结构与数学模型 6

2.3三相PWM整流器参数的设计 12

2.3.1 交流侧电感的设计 12

2.3.2 直流侧电容的设计 14

2.4本章小结 15

第3章 三相PWM整流器电压空间矢量 16

3.1三相PWM整流器空间电压矢量分布 16

3.2 SVPWM整流器的控制算法 18

3.2.1 扇区的确定 18

3.2.2 矢量作用时间的确定 18

3.2.3开关矢量的确定 21

3.3本章小结 23

第4章 三相PWM整流器控制系统设计 24

4.1电流内环控制系统设计 24

4.1.1电流内环的简化 24

4.1.2电流调节器设计 25

4.2 电压外环控制系统设计 26

4.3本章小结 27

第5章 三相PWM整流器的matlab 仿真 28

5.1 仿真设计要求 28

5.2 仿真模型建立 28

5.3仿真结果分析 29

5.4 本章小结 33

第6章 全文总结 34

参考文献 35

致谢 36

第1章 绪论

1.1PWM整流器的概述

功率半导体开关器件的性能随着电力电子技术的进步得到了前所未有的连续发展，较早时候，像普通晶闸管等这样的半控型功率半导体开关得到了更多人的青睐。然而，例如绝缘栅双极型晶体管、双极型晶体管、集成门极换向晶闸管 、门极关断晶闸管、场控晶闸管和功率场效应晶体管等种类多且性能各异的全控型功率开关却在当下得到了广泛的应用。功率半导体开关器件技术的迅猛提升，使得电力电子整流设备技术的发展速度加快，从而出现了以PWM控制为核心的诸如逆变电源、高频开关电源、变频器以及各类特种变流器等各类变流设备，这些装置目前得到了空前广泛的应用，这也为我国经济注入了巨大的活力^[1]。不过，在这些变流设备中，整流环节对大部分设备而言都还是必不可少的。然而，电网却被“污染”，究其原因，普通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，向电网中注入了大量谐波及无功，从而导致了所谓的电网污染。整治电网“污染”，让变流设备实现并网侧电流正弦化且运行于单位功率因数就显得尤为重要。将PWM技术引入整流器的控制，这样可以让整流器网侧电流正弦化，同时可运行于单位功率因数，这是我们解决问题的方向^[2]。目前，已经有两种不同电路结构的PWM整流器出现，分别是不可逆PWM整流器以及可逆PWM整流器，他们是根据能量是否可以双向流动来分类的。三相PWM整流器能量可以双向流动，不仅仅可以体现交流变直流的特点，还可以表现直流变交流的特性，也就是通常的有源逆^[3]。应该说此种类型的PWM整流器属于新出现的一类可逆PWM变流器。

1.2研究PWM整流器的意义

在传统的晶闸管相控整流器以及二极管整流器的工作过程当中，并网侧电流都会产生大量谐波，总的功率因数也较低。大量的运用可能会导致电磁兼容的出现，这也为出现更严重的问题买下隐患。也使得电网的无功损耗和线路压降上升，并且还会导致局部网络电压的不稳定进而引起电网谐波的损耗。

当传输线上有谐波电流时，射频干扰和传导就可能会出现，导致继电器、电子仪器和通信线路等的谐波干扰，尤其是对计算机的广泛使用，这是一种潜在的威胁。