论文总字数：30910字

摘 要

整流器，也就是AC/DC转换器，是用来化交流为直流的装置，是出现最早应用最广泛的一种电力电子转换器件。整流器的发展标志着电力电子技术的进步。20世纪80年代以前，整流装置通常采用不控或半控的结构，这两种整流方式具有一个共同的缺点——容易造成过量的谐波污染以及过高的无功功率。

随着国家谐波标准的不断提高，不控和半控型的整流电路已无法再满足电力电子器件谐波标准的规定，这时，为了从源头上降低谐波和无功功率的比重，一种清洁，高效的整流系统——PWM整流器应运而生。直到目前，PWM整流器在工业和生活中的应用都非常广泛，它的出现，不仅实现了能量的高效变换还实现了能量的绿色变换。

PWM整流器主要分为电压型和电流型这两种，目前第二类在各种场景中应用比较广泛。由于广泛的应用，其从拓扑结构到调制技术都在不断地被改进，其主电路主要采用全控型器件；调制技术多用软开关技术；其拓扑结构也开始采用多相多电平的拓扑结构。

本文对于电压型PWM整流器进行了具体的分类，并分别对于不同类型不同的拓扑结构的原理给出了分析。还介绍了三种坐标系以及这三种坐标系之间互相变换的坐标变换原理，并建立了三种坐标系下的数学建模。本文按照定向方式以及控制方式将进行分类，简单比较了各种控制策略的优劣，并着重研究了电压定向的直接功率控制系统中各模块的工作原理，并按照系统中元件所要实现的功能选定参数，用MATLAB对该系统进行仿真，最后对仿真结果进行分析。

关键词：整流器 控制 PWM 功率 电压 电流

Research on three-phase Voltage Source PWM Rectifier based on Direct Power Control

Abstract

Rectifier, that is, AC/DC converter, is a device that converts AC to DC, and it is one of the earliest and most widely used power electronic conversion devices. before the 1980s, rectifier devices usually adopted uncontrolled or semi-controlled structures. These two rectification methods have a common drawback -- easy to cause excessive harmonic pollution and excessive reactive power.

With the improvement of the national harmonic standard, the non-controlled and semi-controlled rectifier circuit has been unable to meet the requirements of the harmonic standard of the power electronics. At this time, in order to reduce the specific gravity of the harmonic and reactive power from the source, a clean and efficient rectifier system -- PWM rectifier comes into being. Until now, the application of the PWM rectifier in the industry and the life is very wide, and the appearance of the PWM rectifier not only realizes the high-efficiency transformation of the energy, but also realizes the green transformation of energy.

PWM rectifier is mainly divided into voltage and current source. At present, voltage source PWM rectifier is widely used. Due to the wide application of PWM rectifier, its topology and modulation technology are constantly being improved, its main circuit is mainly full-controlled devices, modulation technology is mostly soft-switching technology, and the main circuit is full-controlled devices, and the modulation technology is mostly soft-switching technology. Its topological structure also began to adopt multi-phase and multi-level topology.

In this paper, the voltage source PWM rectifier is classified. With the help of coordinate transformation theory, the mathematical models of PWM rectifier system in three coordinate systems are listed. In this paper, the control strategies of PWM rectifier are classified according to the orientation mode of voltage orientation and virtual flux orientation, as well as the control mode of direct power control and current control, and the advantages and disadvantages of various control strategies are simply compared. The working principle of each module in the voltage-oriented direct power control system is studied, and the parameters are selected according to the functions to be realized by the components in the system.

Key words: rectifier control PWM power voltage and current

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 VI

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 PWM整流器的现状与发展 1

1.2.1 谐波与无功功率的产生与防治 2

1.2.2 PWM整流器出现的意义 4

1.3 PWM整流器简述 4

1.3.1 整流器的类别 4

1.3.2 PWM整流器的定义 5

1.4 本文主要研究内容 6

第二章 电压型PWM整流器原理及数学模型分析 7

2.1 电压型PWM整流器的类别 7

2.2 电压型PWM整流器的拓扑结构和工作原理 8

2.2.1 单相半桥VSR 8

2.2.2 单相全桥VSR 10

2.2.3 三相半桥VSR 11

2.2.4 三相全桥VSR 13

2.2.5 三电平VSR 14

2.2.6 基于软开关技术的VSR 15

2.3 坐标变换理论 16

2.3.1 Clarke变换 17

2.3.2 Park变换 19

2.3.3 abc坐标系与dq坐标系间的变换 20

2.4 三相PWM整流器的数学模型 21

2.4.1 abc坐标系下的数学模型 21

2.4.2 αβ坐标系下的数学模型 23

2.4.3 dq坐标系下的数学模型 25

第三章 电压型PWM整流器的控制策略分析 27

3.1 PWM整流器控制策略概述 27

3.2 瞬时功率理论 31

3.3 电压定向的直接功率控制(V-DPC) 33

3.3.1 V-DPC的原理 33

3.3.2 V-DPC的算法 34

第四章 电压定向直接功率控制系统仿真和分析 40

4.1 整流器的主电路参数设计 40

4.1.1 交流测滤波电感 40

4.1.2 直流侧电容 41

4.1.3 直流侧的直流电压 41

4.2 电压定向直接功率控制系统仿真 41

4.2.1 瞬时功率计算模块 42

4.2.2 扇区划分模块 44

4.2.3 滞环比较模块 45

4.2.4 PWM脉冲产生模块 45

4.3 仿真结果的分析 46

4.3.1 稳态交流测电压电流波形 46

4.3.2 稳态交流侧三相电流波形 46

4.3.3 稳态瞬时功率波形 47

4.3.4 稳态直流侧电压波形 48

第五章 总结与展望 49

5.1 全文总结 49

5.2 不足与展望 50

参考文献 51

致 谢 54

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

现如今科学技术发展非常迅速，不断有学者在电力电子领域提出新的发现，不断促进着整流器的发展，目前电力电子这门学科在工业、生活甚至国防等各个领域都有着广泛的应用，整流装置的应用也越来越广泛。整流器，也就是AC/DC转换器，是用来化交流为直流的装置，是出现最早应用最广泛的一种电力电子转换器件^[1]，以脉冲宽度调制(PWM)控制的变流装置也早已出现。

传统的AC/DC变换中，不控整流和相控整流是工业上比较常用的两种整流方式。

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