【正文】 速度較快，控制精度也比較高，但是由于此方案需要增加電流傳感器來(lái)對(duì)網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行檢測(cè)，因而增加了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本。此三相PWM整流器交流側(cè)采用三相對(duì)稱無(wú)中線連接方式，功率開(kāi)關(guān)6只。對(duì)于電路中高次諧波成分，電感L的濾波作用會(huì)使其產(chǎn)生很小脈動(dòng)。功率等級(jí)也有所上升，從千瓦上升到兆瓦。近20年以來(lái)，PWM整流器技術(shù)一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注和研究的熱點(diǎn)，隨著研究的不斷深入，基于PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及控制的拓展等，相關(guān)的應(yīng)用研究也隨之發(fā)展起來(lái)，如有源濾波器、交流傳動(dòng)、超導(dǎo)儲(chǔ)能、統(tǒng)一潮流無(wú)功補(bǔ)償控制以及高壓直流輸電等，這些研究也因此而促進(jìn)了PWM整流以及控制技術(shù)的進(jìn)步和完善。本課題研究的主要意義是解決諧波和無(wú)功問(wèn)題，保證電力電子裝置的正常運(yùn)行。PWM整流器作為有源功率因數(shù)校正器，除了能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)外，電路性能也比較穩(wěn)定。目前來(lái)說(shuō)，有兩種方法來(lái)抑制電力電子裝置產(chǎn)生的諧波:一是主動(dòng)式的，這就要求設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出新的高性能整流器，具有輸入電流為正弦、諧波含量少、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件性能不斷提高，已從早期使用比較普遍的半控型功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，如普通晶閘管 (SCR)發(fā)展到現(xiàn)在性能各個(gè)都不一樣并且類(lèi)型繁多的全控性功率開(kāi)關(guān)，如雙極性晶體管(BJT)、門(mén)極關(guān)斷晶閘管(GTO)、功率場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)等。常用相控整流電路的功率因數(shù)由表達(dá)式P=(單相橋式全控整流電路)和P=(三相橋式全控整流電路)可得，電力電子裝置在正常工作時(shí)會(huì)消耗大量無(wú)功功率。由上述公式可得，功率因數(shù)由輸入電流波形的畸變因數(shù)以及位移因數(shù)cos來(lái)決定。傅立葉級(jí)數(shù)分解如下: (11) 如上式，當(dāng)n=1時(shí)，I值為基波電流的大小。在交流電路中，電壓與電流之間的相位差()的余弦被定義為功率因數(shù)，用符號(hào)cos表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)就是用有功功率除以視在功率所得到的比值，即cos=P/S。d)整流器效率低。目前大多數(shù)的電力電子裝置都是通過(guò)整流器與電力網(wǎng)彼此連接。結(jié)果表明，基于三相電壓型高功率因數(shù)PWM整流器，除了能夠?qū)崿F(xiàn)高功率因數(shù)外，還可以消除諧波，實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)，以及改善了整流器整體性能，滿足了消除電網(wǎng)諧波污染的要求。取而代之的是PWM整流器可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，功率因數(shù)可以到達(dá)單位功率因數(shù)，電路性能穩(wěn)定以及消除諧波污染等。在傳統(tǒng)的電網(wǎng)中，為減少無(wú)功含量，一般采用相控或者是不控整流電路，但傳統(tǒng)的整流器給電網(wǎng)中注入了大量的諧波污染，因而對(duì)電網(wǎng)的污染也就更加明顯。除此之外，電網(wǎng)無(wú)功功率的污染，還會(huì)導(dǎo)致電能損失，電網(wǎng)故障以及給予用戶生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)的危害己經(jīng)不可以忽視，對(duì)此必須采取行之有效的措施來(lái)減少電網(wǎng)中諧波污染。PWM整流器是解決諧波污染最有效的方法之一。三相電壓型高功率因數(shù)PWM整流器已經(jīng)成為目前解決諧波污染的主要方法之一。比較經(jīng)典的整流器是由晶閘管或者是二極管組成的非線性電路，但如上所述的電路存在以下幾方面的問(wèn)題:a)輸入電流諧波含量高?，F(xiàn)代電力電子裝置已經(jīng)成為目前電網(wǎng)最主要的諧波源。對(duì)于線性負(fù)載組成的電路，如果加的電壓是正弦的，產(chǎn)生的電流是正弦的。當(dāng)n取其他參數(shù)值時(shí)，I值都屬于諧波分量。目前很大一部分變流裝備都要用到整流這個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)這個(gè)整流環(huán)節(jié)能夠得到直流電壓。大量的無(wú)功功率會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成不可小視的破壞。但是這些整流環(huán)節(jié)采用的都是二極管不可控整流電路或晶閘管相控整流電路，對(duì)電網(wǎng)注入大量諧波及無(wú)功，造成了相當(dāng)嚴(yán)重的電網(wǎng)污染。另一種方法是被動(dòng)式的，就是采用有源濾波電路或者無(wú)源濾波電路來(lái)旁路或補(bǔ)償諧波。PWM整流器配合PWM逆變器可以構(gòu)成理想的四象限交流調(diào)速用變流器，即雙PWM變流器。這種新型高功率因數(shù)整流器可以減少對(duì)電網(wǎng)的污染、提高系統(tǒng)效率、體積小、重量輕、模塊化，維護(hù)起來(lái)也比較方便。PWM整流器技術(shù)，經(jīng)過(guò)近20多年的研究和探索，得到了很大的改進(jìn)和完善。下面對(duì)單相橋式PWM整流器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和三相橋式PWM整流器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作簡(jiǎn)單介紹。圖11單相橋式PWM整流器主電路結(jié)構(gòu)三相橋式PWM整流器主電路通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管對(duì)電路正弦波PWM控制，使網(wǎng)側(cè)電流與電壓正弦化并同相位，可以實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)?？刂萍夹g(shù)是PWM整流器中至關(guān)重要的因數(shù)之一。而間接電流控制方式的設(shè)計(jì)，是建立在PWM整流器的低頻穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的，因而其動(dòng)態(tài)響應(yīng)相比直接電流控制來(lái)說(shuō)速度較慢，控制效果相對(duì)于直接電流控制方式較差，但是由于間接電流控制設(shè)計(jì)時(shí)不需要電流傳感器引入電流反饋，因而其電路整體實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)成本相比較低些，從而也獲得了廣泛的應(yīng)用。又因?yàn)槠渲苯涌刂屏繛橹?，所以又稱為相位和幅值控制。它不但提高了網(wǎng)側(cè)電流的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能，還增強(qiáng)了系統(tǒng)魯棒性。在這里，跟蹤誤差是固定的，由滯環(huán)環(huán)寬決定。圖1一4定時(shí)瞬時(shí)電流比較控制框圖定時(shí)瞬時(shí)電流比較控制法，與滯環(huán)電流比較控制法相比較，不同的是定時(shí)瞬時(shí)電流比較控制法是通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)將時(shí)間固定，即定時(shí)將檢測(cè)電流與指令電流比較，從而產(chǎn)生控制系統(tǒng)電路中功率開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使輸入的電流呈鋸齒形狀來(lái)跟蹤指令電流信號(hào)。本文第一章簡(jiǎn)述諧波污染與功率因數(shù)問(wèn)題，以及本課題研究的主要目的和意義，介紹了關(guān)于PWM整流器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電流控制方法，并概括了本文的主要研究工作。第五章在前面幾章的基礎(chǔ)上對(duì)模糊電壓型空間矢量控制系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行仿真分析。按開(kāi)關(guān)調(diào)制分可分為軟開(kāi)關(guān)和硬開(kāi)關(guān)調(diào)制。除此之外，其他分類(lèi)方法都可以劃分在電流型或者是電壓型分類(lèi)中。其中，主電路完成電能的AC到DC變換，是整流器電路的核心部分。三相電壓型PWM整流器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2一2所示。整個(gè)控制電路引進(jìn)了模糊PID控制器，系統(tǒng)將引進(jìn)的模糊控制與PI控制結(jié)合，除此之外，控制系統(tǒng)主要功能還有三相靜止坐標(biāo)與兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換。下面對(duì)坐標(biāo)系作簡(jiǎn)要介紹:以坐標(biāo)變換前后的功率相等為前提，擬定矩陣與。又有:由以上等式可得有功功率P與無(wú)功功率Q方程:3)ABC坐標(biāo)系在電壓型PWM整流器主電路圖中，假如網(wǎng)側(cè)三相電壓處于對(duì)稱狀態(tài)，IGBT管工作在理想情況下，定義開(kāi)關(guān)函數(shù)如下:于是，與三相電壓型PWM整流器主電路等效的開(kāi)關(guān)電路如圖2一4所示:由上圖可知，當(dāng)a相上橋臂截止，下橋臂接通。根據(jù)通用矢量等效原理，在滿足條件(t)+(t)+(t)=O情況下，對(duì)矢量v(t)在復(fù)平面上可以用如下等式表達(dá):式228中的與表示兩相靜止坐標(biāo)下的量值，為V(t)在復(fù)平面上的投影， =。如下圖所示存在6條模為2/3的空間電壓矢量，將復(fù)平面平均分為六個(gè)扇形區(qū)域I一VI，對(duì)于這六個(gè)扇形區(qū)域中任何一區(qū)的電壓矢量V，均可由該扇形區(qū)兩邊的空間電壓矢量來(lái)合成。所以，為了消除因?yàn)?、與三相VSR之間相互藕合而出現(xiàn)的問(wèn)題，必須引進(jìn)解禍控制方案。這樣一來(lái)，不僅完成了解藕控制，同時(shí)將PI控制調(diào)節(jié)也運(yùn)用在毛、凡的電流環(huán)上。3)空間矢量作用順序的確定?，F(xiàn)假設(shè)V*矢量在I區(qū)，如圖2一7所示:由正弦定理得所以有定義開(kāi)關(guān)線為ABC三相軸線，則得到下式:依據(jù)下面表格中對(duì)應(yīng)的扇區(qū)就可以得到V*的扇區(qū)，表格如下:模糊邏輯控制把模擬人的思維方式作為模糊邏輯控制的基本準(zhǔn)則。就目前的模糊邏輯控制來(lái)說(shuō)，基本的模糊PI控制結(jié)構(gòu)如下所示:圖2一10模糊PI控制結(jié)構(gòu)框圖模糊控制最主要也是核心的部位就是模糊控制器，它是通過(guò)人將預(yù)先設(shè)計(jì)好的控制步驟編入電腦，并由電腦實(shí)施控制的。模糊PI控制就是在這樣的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，以解決之前控制系統(tǒng)的缺陷。也就是說(shuō)，它的適應(yīng)能力很強(qiáng)。第三種結(jié)構(gòu)是并聯(lián)模糊控制與PI控制器，如圖2一13所示。雖然輸入變量經(jīng)過(guò)了模糊邏輯控制，但其輸出的控制量還不能用來(lái)控制被控對(duì)象，還必須要將得到的控制量用對(duì)應(yīng)公式轉(zhuǎn)換成被控對(duì)象所能接受的論域中，這就要引進(jìn)比例因子，比例因子等于: 通過(guò)上面提及到的兩個(gè)等式可知，比例因子的實(shí)質(zhì)是用作比例關(guān)系而存在的，量化因子卻對(duì)被控對(duì)象有量化的作用。關(guān)于選取比例因子與量化因子，在實(shí)際操作過(guò)程中，兩者并非獨(dú)一無(wú)二，恰恰相反，存在多種組合，并且各種組合都能讓整個(gè)模糊邏輯控制系統(tǒng)得到不錯(cuò)的響應(yīng)特性。對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)講，如果用戶能夠根據(jù)自己設(shè)計(jì)系統(tǒng)的需求繪制出精確的系統(tǒng)電路模型，就可以利用如今己經(jīng)開(kāi)發(fā)出的先進(jìn)軟件在計(jì)算機(jī)中建立虛擬電路模型，然后將相關(guān)電路原理以及電路運(yùn)行計(jì)算方法輸入電腦