摘 要

本文研究了高功率因数PWM整流器及其控制策略。首先根据PWM整流器的基本工作原理，分析了单相全桥整流，了解了单相、三相主电路拓扑结构图。然后学习了三相静止ABC坐标系向两相静止αβ坐标系转化以及两相镜子αβ坐标系向两相动态dq轴转化，同时建立了三相ABC静止坐标系下的数学模型，并在Matlab/simulink中搭建了矢量变换的仿真。最后，搭建单相电压型, 电压电流双闭环控制PWM整流器仿真模型和三相SVPWM整流器仿真模型，仿真和实验结果表明，基于Matlab/simulink的PWM整流器能够有效的实现交流侧功率因数接近于1且实现了直流侧输出电压稳定、响应快、所含谐波少。同时，它可实现能量的双向传递，电路性能稳定，应用前景良好。

关键词：高功率因数；PWM整流器；空间矢量控制；三相电压型半桥电路；

simulink仿真

Abstract

This paper studies the high power factor PWM rectifier and its control strategy. Firstly, it is based on the basic operation principle of the PWM rectifier to analyze the mode of operation of the single-phase full bridge rectifier and its process of the inversion. And I learn about the topological structure diagram of single-phase and triphase main circuit. Then I learn the conversion process between three-phase static ABC coordinate system and two-phase static αβ coordinate system, and the process of two-phase mirror αβ coordinate system converting into two-phase dynamic dq coordinate axis. At the same time, this study sets up the mathematical model based on the three-phase ABC static coordinate system and sets up the simulation of vector transformation in Matlab/simulink. Finally, set up the single-phase voltage, the simulation model of double voltage and current loop controlling PWM rectifier, and the simulation model of three-phase SVPWM rectifier. The simulation and the experimental result indicate that the PWM rectifier based on Matlab/simulink can effectively achieve the alternating current power factor approaching 1. It can also achieve the stabilization, fast response and less harmonic wave of DC-link output voltage. In addition, it can realize bi-directional transfer of its energy and the performance of the circuit stability. It has excellent application prospect.

Key words: high power factor; PWM rectifier; space vector control; half-bridge of

three-phase voltage; simulink simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2国内外PWM整理器研究现状 2

1.3课题研究主要内容 2

1.4课题研究主要目标 2

第2章 PWM整流器的基本工作原理 3

2.1 PWM整流器的基本工作原理 3

2.2 电压型PWM主电路拓扑结构 7

2.3 三相电压型PWM数学模型 7

2.3.1 ABC-αβ坐标变换 8

2.3.2 αβ-dq坐标变换 8

2.3.3 ABC-dq坐标变换 8

2.3.4 3s/2s及3s/2r仿真 9

2.4 静止ABC坐标系下的电压型PWM数学模型 10

第3章 单相电压型PWM整流器控制及仿真 13

3.1单相PWM整流器双闭环控制原理 13

3.2单相PWM仿真模块的搭建及仿真参数设置 14

3.3单相PWM整流器仿真结果 15

第4章 三相电压型PWM控制技术及模型仿真 18

4.1三相电压型PWM逆变电路仿真系统搭建 18

4.2三相电压型PWM逆变电路仿真结果分析 18

4.3 SVPWM控制技术基本原理 20

4.4 空间矢量脉宽调制算法建模 22

4.5 三相电压型SVPWM整流器仿真系统搭建 25

4.6 三相电压型SVPWM仿真模型结果分析 29

第5章 总结与展望 32

参考文献 34

附录A: 35

附录B: 35

附录C: 36

附录D: 36

致 谢 37

2. 绪论

1.1 课题研究背景

20世纪50年代末，当世界上第一个晶闸管突然问世时，电力电子技术及设备开始得到关注。几十年来，随着电力器件研究技术的高速提升，其中出现了许许多多的全控性器件。特别是以开关效率高、耐压高著称的电力晶体管（GTR）和以驱动功率小闻名的绝缘栅型型晶体管（MOSFET）受到了广泛的关注。1970至1980年，由电力场效应管和电力晶体管符合而成的绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）取得了相当的成功，并获得大量的应用。各类相关的电子装置在载人航空航天、太阳能发电、核聚变反应堆、电气化轨道等很多场合中的使用也日益广泛，然而同时造成的无功功率和谐波问题也变成目前的聚焦点。

许多电力电子装置需要吸收大量无功功率，同时还会对大型电网造成损失：

1. 无功功率能增加电网架空电路中的电压损失，破坏性带载电路也能使电压产

生较大的纹波，使电网不能正常工作。

1. 无功功率突然加大，会使线路中用电设备超过其额定功率或者最大电流，可

能导致设备的损耗甚至烧毁。

1. 无功功率还能增加线路中的视在功率，可能会超过电力设备的额定功率。

而在平衡、协调电力系统的无功功率时，中、大型容量的一般选取静止无功补偿器；带电容的静止补偿器更加适合小型且分布扩散的无功补偿。