【正文】 .............................................36致謝 .........................................................................37參考文獻(xiàn) .....................................................................38第一章 緒論 脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)發(fā)展概況 脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 1964 年，德國(guó)的 A. schonung 等率先提出了脈寬調(diào)制變頻的思想，他們把通訊系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)推廣應(yīng)用于交流變頻。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。脈寬調(diào)制方法 按輸出電壓極性按調(diào)制信號(hào)形狀按開關(guān)頻率單極性 PWM雙極性 PWM正弦波 PWM矩形波 PWM同頻式倍頻式圖 脈寬調(diào)制方法的分類目前，在 PWM 控制方法中使用最多和研究最多的是正弦波 PWM，即SPWM 方法。預(yù)定相位法：它的主要特點(diǎn)是離線計(jì)算出各開關(guān)點(diǎn)的時(shí)刻和開關(guān)器件的通斷次序，存于計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，依靠數(shù)字電路或計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)要求的波形。 (3)最優(yōu) PWM 法：這種方法是依據(jù)應(yīng)用的最優(yōu)準(zhǔn)則 (諧波電流失真度最小、脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩最小或磁通軌跡最圓等)構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)，利用優(yōu)化算法離線計(jì)算各個(gè)開關(guān)的通斷時(shí)刻。它將若干個(gè)逆變橋在輸出端用變壓器藕合在一起，依靠調(diào)節(jié)橋與橋之間的相移角可以控制輸出電壓。 脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的應(yīng)用 近 10 年來由于 PWM 控制技術(shù)可以極其有效地進(jìn)行諧波抑制，而且它的動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，在頻率、效率諸方面有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，因而其在電力電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并對(duì)電力電子技術(shù)產(chǎn)生了十分深遠(yuǎn)的的影響。目前，其應(yīng)用都還不多，但矩陣式變頻電路因其容易實(shí)現(xiàn)集成化，可望有良好的發(fā)展前景?？梢哉f PWM 控制技術(shù)正是賴于在逆變電路的應(yīng)用才發(fā)展得比較成熟，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。綜上所述，在電氣傳動(dòng)中，廣泛地應(yīng)用 PWM 控制技術(shù)， PWM 就是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變成電壓脈沖序列，并通過控制脈沖寬3 / 42度和脈沖列的周期以達(dá)到變壓變頻及控制和消除諧波的目的。通過采用諧波失真的方法來增加三相 PWM 逆變器的輸出電壓，可以使 PWM 逆變器最大相電壓基波幅值增加約 15%，但該方法的效果并不理想，因此它的實(shí)際應(yīng)用受到很大的限制。因此，常規(guī) SPWM 法不能適應(yīng)高性能全數(shù)字控制的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。采用空間矢量 PWM(SVPWM)算法可使逆變器輸出線電壓幅值最大達(dá)到 Ud,比常規(guī) SPWM 法提高了約 %。而隨著智能型高速微控制芯片的發(fā)展、指令周期的縮短、計(jì)算功能的增強(qiáng)及存儲(chǔ)容量的增加，使得數(shù)字化 PWM 有了更廣闊的應(yīng)用前景。作為改善供電質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，有源電力濾波器在日本、美國(guó)、德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到了高度的重視和日益廣泛的應(yīng)用，目前世界上 APF 的主要生產(chǎn)廠家有日本三菱電機(jī)公司、美國(guó)西屋電氣公司和德國(guó)西門子公司等。 課題研究的意義及主要工作隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，指令周期的縮短，計(jì)算功能的增強(qiáng)，存儲(chǔ)容量的增加，數(shù)字化 PWM 將有更廣闊的前景。八十年代中期，國(guó)外學(xué)者 H. W. 等在交流調(diào)速中提出磁鏈軌跡控制的思想，進(jìn)而發(fā)展產(chǎn)生了電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的概念。正是由于 SVPWM 控制的這些優(yōu)點(diǎn)，使得本課題的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。所以目前的趨勢(shì)是采用電力電子裝置進(jìn)行諧波補(bǔ)償，這就是電力有源濾波器( APF)。利用SimPower 工具箱對(duì)有源電力濾波器裝置進(jìn)行了建模和仿真，能夠?qū)⒂性措娏V波器的工作過程及有關(guān)波形準(zhǔn)確直觀地顯示出來，驗(yàn)證了理論分析的正確性。利用 MATLAB 中的 SIMULTNK 動(dòng)態(tài)仿真工具實(shí)現(xiàn) SVPWM 控制算法的動(dòng)態(tài)仿真；同時(shí)在此基礎(chǔ)上建立 SVPWM 逆變器有源電力濾波器系統(tǒng)仿真模型，詳細(xì)分析了此種情況下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能仿真。這就是“磁鏈跟蹤控制”的基本思想。 電壓空間矢量的概念電壓空間矢量是按照電壓所加在繞組的空間位置來定義的。假設(shè) 為?相電壓有效值，f 為電源頻率，則有： （21）???????????32cos2??tfUttftA7 / 42假設(shè)單位方向矢量 ，則電壓空間矢量相加的合成空間矢量 就??32j? ??tU可以表示為： （22）??????eUtUt ftjCBA ???22tt ?????可見 是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值不變，為相電壓峰值；當(dāng)頻率不變??tU時(shí)，以電源角頻率 為電氣角速度做恒速同步旋轉(zhuǎn)，哪一相電壓為最大f2???值時(shí)，合成電壓矢量就落在該相的軸線上。圖 三相電壓型逆變器結(jié)構(gòu)圖規(guī)定：當(dāng)上橋臂開關(guān)管“開”狀態(tài)時(shí)(此時(shí)下橋臂開關(guān)管必然是“關(guān)”狀態(tài))，開關(guān)狀態(tài)為 1；當(dāng)下橋臂開關(guān)管“開”狀態(tài)時(shí)(此時(shí)上橋臂開關(guān)管必然是“關(guān)”狀態(tài)) ，開關(guān)狀態(tài)為 0。式(23)和(24)的對(duì)應(yīng)關(guān)系可用表 21Ud來表示。而兩個(gè)零矢量幅值為零，位于中心。電流內(nèi)環(huán)通常采用滯環(huán)控制、三角波比較控制以及電壓空間矢量控制等方法。icic Udc 圖 三相三線制并聯(lián)有源電力濾波器的主電路 為了分析方便而忽略了主電路中功率開關(guān)器件的通態(tài)壓降，交流側(cè)接口感的非線性，直流側(cè)電壓的波動(dòng)，電源內(nèi)阻抗與線路阻抗以及死區(qū)時(shí)間的影響。由于與系統(tǒng)并聯(lián), 可等效為一受控電流源。12 / 42圖 并聯(lián)型有源濾波器結(jié)構(gòu)圖（2）串聯(lián)型 APF圖 為串聯(lián)型 APF 基本結(jié)構(gòu)。圖 串聯(lián)型有源濾波器結(jié)構(gòu)圖（3）串—并聯(lián) APF圖 為串并聯(lián)型 APF 基本結(jié)構(gòu)。這種方案兼有串、并聯(lián) APF 的功能，可以抑制閃變、補(bǔ)償諧波、消除共同耦合點(diǎn)處的三相電壓不平衡，具有較高的性價(jià)比。 瞬時(shí)空間矢量法基于瞬時(shí)無功功率理論的瞬時(shí)空間矢量法是目前三相電力有源濾波器中應(yīng)用最廣的一種指令電流運(yùn)算方法。 有功分離法該方法將被檢測(cè)量分解為理想傳輸量(即從公共供電點(diǎn)上看去，負(fù)荷是三相對(duì)稱且純阻性的,該負(fù)荷只消耗有功能量)和另一分量之和,簡(jiǎn)單明了、易于實(shí)現(xiàn)。 自適應(yīng)檢測(cè)法該方法基于自適應(yīng)濾波中的自適應(yīng)干擾抵消原理，從負(fù)載電流中消去基波有功分量，從而得到所需的補(bǔ)償電流指令值。該方法的缺點(diǎn)是計(jì)算量大、時(shí)間延遲大。其優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，開關(guān)頻率固定,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是輸出波形中含有與三角載波相同頻率的高頻畸變分量，開關(guān)損耗較大,在大功率應(yīng)用中受到限制。當(dāng)帶寬固定時(shí),開關(guān)頻率會(huì)隨補(bǔ)償電流的變化而變化,從而引起較大的脈動(dòng)電流和開關(guān)噪音。它具有一些優(yōu)良特性，尤其是對(duì)加給系統(tǒng)的攝動(dòng)和干擾有良好的自適應(yīng)性。 無差拍控制與差拍控制無差拍控制是一種在電流滯環(huán)比較控制技術(shù)上發(fā)展起來的全數(shù)字化控制技術(shù)。其基本思想是控制開關(guān)占空比，在每個(gè)周期內(nèi)強(qiáng)迫開關(guān)變量平均值與控制參考量相等或成比例。31SVPWM 的主要思想是：以三相對(duì)稱正弦波電壓供電時(shí)三相對(duì)稱電動(dòng)機(jī)定子理想磁鏈圓為參考標(biāo)準(zhǔn)，以三相逆變器不同開關(guān)模式作適當(dāng)?shù)那袚Q，從而形成PWM 波，以所形成的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼碜粉櫰錅?zhǔn)確磁鏈圓。 SVPWM 控制的具體算法如圖 所示，它包括參考電壓所在扇區(qū)的確定、相鄰兩個(gè)基本矢量作用時(shí)間的計(jì)算、矢量作用時(shí)間的切換點(diǎn)確定以及與載波比較生成 PWM 脈沖。各空間矢量的分布如07圖 所示。參考電壓矢量是由所在扇區(qū)兩邊的基本電壓矢量和零矢量合成的。對(duì) 、 分量進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算得出 所在扇區(qū)對(duì)???V??? Vref應(yīng)的 N 值。N值與扇區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 41。實(shí)際上，只要充分利用 和 ，就可以使計(jì)算大為簡(jiǎn)化。如圖 中， 在 I 扇區(qū)，將第一扇區(qū)單獨(dú)畫出如下圖：Vref ???Ts1s2V??01??10refo圖 參考電壓的合成與分解則 可以表示為：Vref （45）VTssref 21?? （46）Ts02式中， 為 PWM 開關(guān)周期， 和 分別為 和 在一個(gè) PWM 開關(guān)周s 121V2期的作用時(shí)間， 為零矢量的作用時(shí)間。但是如果電壓矢量的端點(diǎn)軌跡位于正六邊形的內(nèi)切圓外，此時(shí) SVPWM 出現(xiàn)過調(diào)制暫態(tài)，如不采取措施，輸出電壓將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重失真，影響電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。如果 十 ，以第一扇區(qū)為例，有如下比例關(guān)系：Txys (416)T2,1,?則可求得：21 / 42 （417） ??????Tss21,21,然后可由此作為相鄰兩電壓空間矢量和零矢量的持續(xù)時(shí)間。無論在哪一個(gè)扇區(qū)， 都對(duì)應(yīng)最先作用的非零矢量時(shí)間(如扇區(qū) I 中 等于 )， 則為另一個(gè)x Tx1y非零矢量的作用時(shí)間(如扇區(qū) I 中 等于 )。但一切皆是自動(dòng)進(jìn)行無需人為干涉，只需做好 的賦值工作即可。于是自然地出現(xiàn)了控制系統(tǒng)地計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、圖形處理和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)極易使用的交互式環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的總多科學(xué)提供了一種高效率的編程工具，集科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖象處理等于一體。后者專業(yè)性較強(qiáng)，如控制工具箱C Control Toolbox )、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱(Neural Network Toolbox )、信號(hào)處理工具箱((Signal Processing Toolbox)等，使 MATLAB 在線性代數(shù)、矩陣分析、數(shù)值計(jì)算及優(yōu)化，數(shù)理統(tǒng)計(jì)和隨機(jī)信號(hào)分析、電路及系統(tǒng)、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、信號(hào)和圖象處理、控制理論分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、過程控制、建模和仿真、通信系統(tǒng)、財(cái)政金融等眾多專業(yè)領(lǐng)域的理論研究和工程設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。它支持線性和非線性系統(tǒng)、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)和離散時(shí)間系統(tǒng)、連續(xù)和離散混合系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進(jìn)程的。模型建立后，可以直接對(duì)它進(jìn)行仿真分析。實(shí)現(xiàn) SVPWM 算法的各個(gè)子系統(tǒng)框圖如下所示： 要實(shí)現(xiàn) SVPWM 控制算法，首先要將三相 ABC 平面坐標(biāo)系中的相電壓 、 、 轉(zhuǎn)換到 平面坐標(biāo)系中 、 。在 Simulink 中實(shí)現(xiàn)此判斷的仿真圖如圖 所示27 / 42圖 判斷參考電壓矢量 所處扇區(qū) NVref只需將 、 以及采樣周期 和逆變器直流電壓 作為輸入，經(jīng)過U??Ts udc簡(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算即可得到 X, Y, Z，在 Simulink 中實(shí)現(xiàn)此算法的仿真圖如圖 所示。28 / 42圖 計(jì)算 、Txy 5 , 、 、 經(jīng)過簡(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算可將得到 、 、 ，在Txys TabcSimulink 中實(shí)現(xiàn)該算法的仿真圖如圖 所示。此時(shí)，將三相逆變器的六個(gè)功率開關(guān)器件看作為六個(gè)理想開關(guān)器件，加入了一定的死區(qū)。30 / 42圖 SVPWM 波的整個(gè)仿真框圖 仿真結(jié)果與分析 在前一節(jié)中，詳細(xì)列出了實(shí)現(xiàn) SVPWM 控制算法的各個(gè)子系統(tǒng)仿真框圖及實(shí)時(shí)產(chǎn)生 SVPWM 波的整個(gè)仿真框圖。并且系統(tǒng)中若同時(shí)使用兩種信號(hào)，需要采用中間接口模塊，常規(guī)模塊信號(hào)進(jìn)入電氣模塊信號(hào)時(shí)，一般采用可控電壓源或可控電流作為中間接口環(huán)節(jié)。 圖 有源電力濾波器仿真模型 仿真結(jié)果選定的仿真環(huán)境如下：（1）電源：三相電源有效值為 380V，頻率為 50Hz；（2）非線性負(fù)載：三相可控整流橋，直流側(cè)選擇的 RLC 負(fù)載，額定電壓為 380V，額定頻率為 50Hz；（3）有源電力濾波器主電路 RLC BRANCH 中 R 為 ，L 為 5MH，濾波器直流側(cè)的電源電壓是 1200V。在周期性諧波電網(wǎng)可以使用電流預(yù)測(cè)方法，或是對(duì)相位進(jìn)行補(bǔ)償。本文所設(shè)計(jì)的有源電力濾波器可以有效抑制電力電子裝置所產(chǎn)生的諧波,具有較好的補(bǔ)償特性,在一些諧波成分復(fù)雜、多變的場(chǎng)合更具有優(yōu)勢(shì)。論文主要的研究成果如下:（1）詳細(xì)分析了 SVPWM 技術(shù)的理論原理，包括參考向量所在扇區(qū)的確定，相鄰基本矢量的作用時(shí)間的計(jì)算以及矢量作用時(shí)間的切換點(diǎn)確定與 PWM 脈沖的生成最后利用 matlab/simulink 搭建了 SVPWM 仿真模型，仿真結(jié)果得到 PWM 波形。 展望本文雖然涉及到 SVPWM 技術(shù)和有源濾波器的理論原理，但研究還不是很深層次，由于時(shí)間有限仿真的結(jié)果也不是很完美希望以后能花更多的時(shí)間、精力投入到仿真中，爭(zhēng)取把仿真部分做得更好，為理論研究提供更多、更寶貴的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)，還有感謝我深愛的父母，是他們辛勤工作供我上大學(xué)，給了我增長(zhǎng)知識(shí)、開闊眼界的機(jī)會(huì)并獲得一個(gè)很好的學(xué)習(xí)環(huán)境。37 / 42參考文獻(xiàn)[1] 王兆安，楊君，[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版，1998. [2] 劉平英，[J].江蘇電氣，2022.[3] 夏向陽，[J].變頻器世界，2022，12：329.[4] 張宇，電力污染之諧波的抑制[[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2022，5：1104.[5] 黃飚，基于 MATLAB 的并聯(lián)型電力濾波器仿真[J].電氣開關(guān)，2022，5（3）：3843.[6] 潘翀，侯世英，呂厚余， MATLAB 的諧波電流檢測(cè)的建模與仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2022 ,22（12）:194196.[7] 薛定宇，制系統(tǒng)計(jì)算輔助設(shè)計(jì)一一 MATLAB 語言及應(yīng)用》.清華