摘 要

近年来随着电力电子技术的飞速发展，传统的整流器对电网注入了大量谐波及无功，造成了严重的电网“污染”，并对电力系统的稳定性产生了严重的影响。PWM整流器可以单位功率因数控制和能量双向流动，其优良的性能和潜在的优势正在被广泛应用，同时也成为电力电子技术研究的热点。

在单相整流器中，当输入电压和电流为正弦时，其输出侧的瞬时功率主要包含直流分量和二倍频的交流分量，忽略整流器内部的功率损耗，整流器输入侧和输出侧的瞬时功率始终相等，因此在整流器输出的DC-link直流母线上会产生二倍于输入电压频率的电压纹波。目前通常使用大容量铝电解电容作为DC-link电容对电压纹波进行抑制。虽然电解电容的成本低、能量密度高，但是其寿命较短，因此需要高可靠性、高寿命的有源电容模块取代电解电容。

本课题在500w单相整流器的基础上，完成DC-link有源电容的设计。

首先从BOOST电路基本原理入手，分析了BOOST单相PWM整流电路的单极性和双极性的调制方式。再分析了单相PWM整流器的不同控制策略，从中选择了三角波控制法。并基于PLECS仿真软件进行了仿真和参数确定。

其次在单相整流器的人基础上对电路进行拓扑，介绍了有源电容的工作原理，并将有源电容模块与整流器进行整合，介绍了原理和控制机理，并在PLECS上进行仿真和参数确定。

最后分析仿真结果，分别分析有源电容和无源电容时的电压和功率输出结果，将结果进行比较和分析得出最后的结论。

关键字：有源电容；单相整流器；电压纹波；谐波

Abstract

In recent years, with the rapid development of power electronics technology, traditional rectifiers have injected a lot of harmonics and reactive power into the power grid, causing serious grid "pollution" and severely affecting the stability of the power system. The PWM rectifier can be controlled with unit power factor and bidirectional energy flow. Its excellent performance and potential advantages are being widely used, and it has also become a hot spot in power electronics technology research.

In a single-phase rectifier, when the input voltage and current are sinusoidal, the instantaneous power on the output side mainly includes a DC component and an AC component of double frequency, ignoring the power loss inside the rectifier, the instantaneous power on the input side and output side of the rectifier is always Equal, so a voltage ripple twice the frequency of the input voltage will be generated on the DC-link DC bus output by the rectifier. Currently, large-capacity aluminum electrolytic capacitors are generally used as DC-link capacitors to suppress voltage ripple. Although electrolytic capacitors have a low cost and high energy density, they have a short life span, so high reliability and long life active capacitor modules are required to replace electrolytic capacitors.

This subject completes the design of the DC-link active capacitor based on a 500w single-phase rectifier.

Starting with the basic principles of the BOOST circuit, the unipolar and bipolar modulation methods of the BOOST single-phase PWM rectifier circuit are analyzed. Then the different control strategies of single-phase PWM rectifier are analyzed, and the triangle wave control method is selected. And based on PLECS simulation software for simulation and parameter determination.

Secondly, the topology of the circuit is based on the person of the single-phase rectifier, the working principle of the active capacitor is introduced, and the active capacitor module is integrated with the rectifier, the principle and control mechanism are introduced, and simulation and parameter determination are performed on PLECS .

Finally, analyze the simulation results, analyze the voltage and power output results of the active capacitor and the passive capacitor respectively, and compare and analyze the results to draw the final conclusion.

Key Words：Active capacitor; single-phase rectifier; voltage ripple; harmonic

目录

第一章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2研究现状 2

1.3本文主要研究内容 3

第二章 单相PWM整流器 4

2.1单相PWM整流器的调制方式 4

2.1.1单极性PWM调制分析 4

2.1.2双极性PWM调制分析 5

2.2控制策略分析 7

2.3电压外环控制策略分析 7

2.4电流内环控制策略分析 9

2.4.1三角波比较法 9

2.4.2滞环电流控制法 9

2.4.3预测电流控制法 10

2.5参数设计 11

2.5.1交流侧电感 11

2.5.2直流侧电容 11

2.5.3直流侧电阻 12

2.6本章小结 12

第三章 有源电容的原理与设计 13

3.1有源电容原理 13

3.2有源电容拓扑结构 13

3.2.1总体结构 14

3.2.2一般结构综合 15

3.3控制策略 16

3.3.1控制方法 16

3.3.2控制机制 17

3.4参数设计 17

3.4.1PI控制器 17

3.4.2滤波器 18

3.4.3 19

3.4.4输出滤波器的和 19

第四章 基于PLECS电路仿真验证 20

4.1仿真建立 20

4.1.1PWM单相整流器仿真 20

4.1.2DC-link有源电容仿真 21

4.2仿真结果 21

4.2.1PWM单相整流器仿真结果 21

4.2.2有源电容仿真结果 22

4.3结果分析 23

第五章 总结与展望 24

参考文献 25

附录 26

附录A 26

附录B 27

致谢 28

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

目前，电能在全球方面来看是最重要的能源形势之一，在各个行业内都被广泛应用。电能这种特殊的产品是有发电部门向用电部门提供，并且它的质量不仅需要有供方保证，用方也要保证。电网出现电能质量问题会直接影响用电设备的正常运行，这种情况在供电伊始就引起了供用电双方的关注。自19世纪中期第二次工业革命以来，人类进入“电气时代”，电气化普及程度越来越高，电脑、信号处理器控制的电子设备被越来越多的使用，但是这些器件对电网的干扰是非常敏感的。与此同时，大量电力电子设备的应用也会向电网引入干扰，既影响电力系统的安全运行，也影响设备自身的正常工作，因此对供电系统的电能质量提出了更严格的要求。

电能质量的优良对于现代社会的发展有着十分重要的作用，电能不仅对于工业生产有序保证及产品性能优良有着举足轻重的地位，同时对保证军事、电信、医疗、银行等特殊行业的井然有序，维护人民良好的生活、学习与工作环境都具有极其重大的意义。