【正文】 在這種條件下，設(shè)定一閥值 max 0u??，當(dāng) maxkuu? ?? 時， PI 控制輸出為 ? ? ? ? m a x1u k u k A u? ? ? ? (042) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2211k p I pu u k u k K K e k K e k? ? ? ? ? ? ? ? (043) 在這里 ， A 按下來取 **11dc dcdc dcUUAUU? ??? ?????當(dāng)當(dāng) (044) 當(dāng) maxkuu? ?? 時，由式 (333) ，可得 PI 控 制的輸出為 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2211p I pu k u k K K e k K e k? ? ? ? ? ? (045) 三相電壓型 PWM 整流器系統(tǒng)仿真的研究 三相電壓現(xiàn) PWM 整流器主電路的仿真模型 針對三相電壓型 PWM 整流器 ，建立采用開關(guān)函數(shù)描述的數(shù)學(xué)模型，首先 作以下假三相電壓型 PWM 整流器設(shè)計 23 設(shè)： AOu 、 BOu 、 COu 為 三 相平穩(wěn)的純正弦波電動勢 ； ，且不考慮飽和 ； sR 同 交流濾波電感等效電阻 lR 合并，且令slR R R??。 比例 積分 微分 被控對象 ()rt ()et ()ut ()ct++++三相電壓型 PWM 整流器設(shè)計 21 PID 控制器的數(shù)字化實現(xiàn) 由于計算機控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量，因此，式 (326)中的積分和微分項不能 直 接使用，需要 進 行離散化處理。它的結(jié)構(gòu)簡單， 參數(shù)易于調(diào)整，在長期應(yīng)用中己積累了豐富的經(jīng)驗。 表 33 扇區(qū)對應(yīng)表 扇區(qū) 0U ， 60U 300U ， 120U 120U ， 180U 180U ， 240U 240U ， 300U 300U ， 0U s 3 1 5 4 6 2 三相電壓型 PWM 整流器設(shè)計 18 那么變量 aont 、 bont 、 cont 可通過下式計算 121212aonbon aoncon bontttt t tt t t??? ???? ???? ??? (028) 則整流器 控制信號對應(yīng)的占空比如表 34 所示。在一個開關(guān)周期中，令零矢 量插入時間為 0,7T ，若 其中插入 0V 的時間為 0 0,7T kT? ，則插入 7V 的時間則為 ? ?7 0,71TTk? ? ,其中 01k??。對于任一 給定的空間電壓矢量 *V ， 均可 由 8 條三相 電壓型 PWM 整流器 空間電壓矢 量 合成，如圖 33 所 示 。 三相電壓型 PWM 整流器設(shè)計 11 圖 31 坐標(biāo)系 (a， b， c)與坐標(biāo)系 (d， q) 若 U與 d 軸 的夾角為 ? ，則 U 與 d、 q 軸上的投影滿足： 22cossindmqmm d quuuuu u u?????? ??? ???? (08) 另外， U在 a、 b、 c 軸上的投影為 ： c os2c os32c os3ambmcmuuuuuu????????? ??? ??? ??? ??? ??? ? ??? ??? (09) 由式 （ 32） 得 c os13c os si n2213c os si n22amb m mc m muuu u uu u u?????????? ? ? ????? ? ??? (010) 聯(lián)立式 (31)(33) 得 == + 3daq a buuu u u????? （ 2 ） / (011) q cubcbudauduqquaU三相電壓型 PWM 整流器設(shè)計 12 三相電壓型 PWM 整流器的 空間 電壓 矢量脈寬調(diào)制方法 三相電壓型 PWM 整流器空間電壓矢量分布 電壓型 PWM整流器空間電壓矢量 描 述了三相 PWM整流器交流側(cè)相電壓（ aOv 、 bOv 、cOv ） 復(fù)平面上的空間分布，有 : ? ?? ?? ?131313aO a a b c dcbO b a b c dcc O c a b c dcv S S S S vv S S S S vv S S S S v? ??? ? ? ?? ?????? ??? ? ? ?? ?????? ??? ? ? ?? ????? (012) 式中 aS 、 bS 、 cS —— 三相單極性邏輯開關(guān)函數(shù) 。本文采用間 接電流控制方法，對整流器直流側(cè) 電壓穩(wěn)定控制的同時，實現(xiàn)高功率因數(shù) 控制。 本章小結(jié) 本章首先介紹 了 三相電壓型 PWM 整流器的主電路拓撲結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)三相電壓 型PWM 整流器的主電路拓撲結(jié)構(gòu)，闡述了三相電壓型 PWM 整流器的工作原理，通過分析可知，適當(dāng)控制 V 的大小與 E 之間的相位角 ? ，就能控制輸入電流的大小與相位， 從而控制了整流器傳送能量的大小及直流側(cè)電壓 ，就能夠?qū)崿F(xiàn)高功率因數(shù)控制。 在傳統(tǒng)的相位幅值 控制方式中，在功率因數(shù)為 1 時，控制角與控制電壓矢量 V 的計算是完全根據(jù)矢量圖并依賴 于主電路參數(shù)如下式 ： 22VE???（ IL） (01) arctan ILE?? ? (02) 式中 ? 為交流電源電壓的角頻率 ,I 為交流電源的電流的幅值 ,V 為整流器的網(wǎng)側(cè)控制電壓幅值， E 為交流電源電壓的幅值 , ? 為控制相位角 , L 為網(wǎng)側(cè)濾波電感值 。Iamp。由于交流電感的濾波作用，整流器交流側(cè)的輸入可近似認為是三相正弦電流，直流側(cè)有大電容穩(wěn)壓 ，輸出 呈 直流電壓源特性，穩(wěn)態(tài)時三 相 電 源 ABCRRRONLLL??ai t??bi t??ci tabcaK bK cKLidciC LRdcVaK? bK? cK?三相電壓型 PWM 整流器設(shè)計 7 輸出 直流母線電壓可認為保持不變。整流器的發(fā)展經(jīng)歷了由不控整流器、相控整流器 到 PWM 整流器的發(fā)展歷程。另外，三相電壓型 PWM 整流器已被廣泛應(yīng)用于新能源的利用，如用作并網(wǎng)裝置時可把本地裝置消耗不了的電能回饋到電網(wǎng)，可以以高功率三相電壓型 PWM 整流器設(shè)計 5 因數(shù)運行，消除諧波，最終可以提高對風(fēng)能、太陽能的利用率。 目前，抑制諧波電流將電力電網(wǎng)的諧波水平控制在諧波限值標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)的 途徑主 要有兩條 :一是對電力電子設(shè)備本身進行改造，研究開發(fā)高功率因數(shù)變流器，使其不產(chǎn)生諧波污染 :二是裝設(shè)補償裝置來抑制諧波的 污染和擴散，從而提高電能供電質(zhì)量。當(dāng)整流器的全控型開關(guān)器件在不同的開關(guān)狀態(tài)時，有著不同的瞬時有功和無功，通過控制開關(guān)狀態(tài)，就可以直接對功率進行控制，目前這種控制策略引起了很多研究人員的關(guān)注，以直接功率控制為基礎(chǔ)的控制算法主要有基于電壓的直接功率控制和基于虛擬磁鏈的直接功率控制。 目前，國內(nèi)外對于三相電壓型 PWM 整流器的系統(tǒng)的建模分析研究較少，主要是集中于電 流控制方法和系統(tǒng)控制策略的實驗研究，分析各參數(shù)與系統(tǒng)性能之間的關(guān)系，并找到改善電流跟蹤性能，提高輸入功率因數(shù)的方法，仿真和實驗是主要手段。功率半導(dǎo)體開關(guān)器件技術(shù)的進步， 促進了電力電子交流技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了以脈寬 調(diào)制 (PWM)控制為基礎(chǔ) 的各類變流裝置，如變頻器、逆變電源、不間斷電源（ UPS)、高頻開關(guān)電源等 各類變流器。 該方法雖然簡單，但是有如下缺點 :浪費能量，系統(tǒng)效率低 ； 電阻發(fā)熱嚴重，影響系統(tǒng)的其他部分正常工作 ； 簡單的能耗制動不能及時抑制快速制動產(chǎn)生的泵升電壓，限制了性能的提高。無功功率的增加不僅增加線路損耗，降低發(fā)電量和用電設(shè)備的利用率，而且沖擊性的無功負載，還會使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生劇烈波動，嚴重影響供電質(zhì)量。 晶閘管 (SCR)在美國的問世標(biāo)志著電力電子技術(shù)的開端，我國上世紀 70 年代將其列為節(jié)能技術(shù)在全國推廣 。 然后 ,進行三相電壓型 PWM 整流器系統(tǒng)的仿真研究，建立主電路、空間電壓矢量 PWM控制模塊及 PI控制 調(diào)節(jié)器的仿真模型，進行三相電壓型 PWM 整流器整個系統(tǒng)的仿真。 作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 任務(wù)書 題目： 三相電壓型 PWM 整流器設(shè)計 姓名 劉秀峰 院 系 電氣 信息學(xué)院 專業(yè) 電氣工程 班級 0705 學(xué)號 202001010513 指導(dǎo)老師 林友杰 職稱 講師 /博士 教研室主任 謝衛(wèi)才 一、 基本任務(wù)及要求： 掌握整流器的類型和控制方法。因此 ,成為當(dāng)前電力電子領(lǐng)域研究的熱點課題之一。 power factor。但是這些變流裝置大部分都需要整流環(huán)節(jié)，以獲得直流電壓。 ，由于二 極管的單向?qū)щ娦裕姍C制動的再生能量無法回三相電壓型 PWM 整流器設(shè)計 2 饋給電網(wǎng)。 把 PWM 技術(shù)應(yīng)用于由 MOSFET、IGBT 等全 控器件組成的 整 流電路，可運 行于 高功率因數(shù)，甚至 能量可以雙向流動，真正實現(xiàn)綠色電能轉(zhuǎn)換，因而備受關(guān)注。 80 年代后期隨著全控器件的問世，采用全控型器件實現(xiàn) PWM 高頻整流的研究進入高潮。直接電流控制的優(yōu)點為動態(tài)響應(yīng)速度快、限流容易、控制精度高，缺點是要實現(xiàn) PWM 整流器電壓矢量控制，需要解決正弦函數(shù)和反正切函數(shù)等算法，需要復(fù)雜的算法 (由 DSP 或多片單 片機實現(xiàn) )和調(diào)制模塊。在這些標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，被廣泛接受的有 IEEE519 標(biāo)準(zhǔn)和 IEC5552 標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，在頻繁正反轉(zhuǎn)的調(diào)速系統(tǒng)中，如電梯、礦用提升機、軋鋼機、大型龍門刨床等，當(dāng)電機 減 速、制動或帶有勢能的 重 物下放時，電機處于再生發(fā)電狀態(tài)，由于二極管整流橋能量傳輸不可逆，產(chǎn)生的再生電能傳輸?shù)街绷鱾?cè)的 濾波電容上，產(chǎn)生泵升電壓，過高的泵升電壓 有可能損壞功率開關(guān)器件、濾波電容，為了解決電機處于再生發(fā)電時所產(chǎn)生的泵升電壓問題，一般都采用能耗制動，將 再生的電能轉(zhuǎn)化成熱能而白白浪費掉了，這樣不但嚴重 浪費能源，而且也不能 有效的 解決二極管整流的諧波問題。 PWM 整流器的工作原理及控制方法進行深入分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)對三相電壓型 PWM 整流器系統(tǒng)的仿真，從而進行了系統(tǒng)的 部分 硬件設(shè)計。電壓源型整流器由智能功率模 IPM(Intelligent Power Module)和直流母線電容 C 組成 。 PWM 技術(shù)已 廣泛應(yīng)用于整流系統(tǒng)以提高功率因數(shù) 并改善電流波形。qVamp。又由圖 23 和圖 24，在 VE? 條件下，交流電源電壓 E 與電流 I 的夾角為 2? (整 流運行 )或 ( 2??? ) (逆變運行 )，則整流器的功率因數(shù)為 ? ? ? ?c o s c o s22????? ? ? (05) 由式 （ 25)可知，通過限制 ? 的大小 ,便可實現(xiàn)對功 率因數(shù)的控制。間 接電流 控制 技術(shù)實質(zhì)上是，通過 PWM 控制，在三 相電 壓 型 PWM 整流 器 橋路交流側(cè)生成幅值、相位受控的 正弦 PWM 電壓，該 PWM 電壓 與電網(wǎng)電動勢共同作用于 三相 電壓型 PWM 整 流器交流側(cè)，并在交流側(cè)形成正弦基波電流，而諧波電流 則由 交流側(cè)電感濾除 。 圖 表示了三相對稱靜 止 坐標(biāo)系 (a， b， c)與兩相正交靜止坐標(biāo)系 (d， q)的空間位置關(guān)系 。則復(fù)平面上 三 相電壓型 PWM 整 流器空間電壓矢量 kV 可定義為： ( 1) 30 ,7230jkk dcV v eV??? ???? ?? （ k=1， 2,… ， 6） (013) 上式可寫成開關(guān)函數(shù)形式，即 ? ?223323 jjm d c a b cV v S S e S e???? ? ? (m=0， 1… ， 7) (014) 對于 任意 給定的三相 基 波電壓瞬時值 aOv 、 bOv 、 cOv ， 若考慮 三 相為平衡系 統(tǒng)，即0aO bO cOv v v? ? ?,則可在復(fù)平面內(nèi)定義電壓空間矢 量 223323 jja O b O c OV v v e v e?????? ? ?????