【正文】 期， 0T 是零 矢量持續(xù)時間 。 圖 36 空間電壓矢量 PWM 調(diào)制方式圖 SVPWM 與 SPWM 控制的比較 常規(guī)的 SPWM 控制是將三角載波和對稱的三相 正 弦調(diào)制波比較生 成 PWM 波形，這實際上是一種相電 壓 控制方式。 PID 控制原理 常規(guī) PID 控制系統(tǒng)原理圖如圖 37所示，系統(tǒng) 由 模擬 PID 控制 器 和被 控 對 象組成PID 控制器是 一 種線性控制 器 ，它根據(jù)給定值 ??rt 與實際輸出值 ??ct 構(gòu)成控 制偏差： ? ? ? ? ? ?e t r t c t? (032) 將偏差的比例 （ P） 、積分 （ I） 和微分 (D)通過線性組合構(gòu)成控制 量 ，對被控 對象進行控制，故稱 PID 控制器 。 顯然，上述離散化過程中，采樣周期 T 必須足夠短，才能保證有足夠的精 度。 (046) 由圖 21， 忽略開關(guān) 器 件的開關(guān)延時、死區(qū)時間，控制系統(tǒng)緩 沖 時間，根據(jù) 霍爾效應(yīng)電壓定律，三相電壓型 PWM 整 流器 a 相回路方程為 ： ? ?aa a o a N N OdiL R i u v vdt ? ? ? ? (047) 當 aK 導通 ,而 aK? 關(guān)斷時 , 1aS? ，且 aN dcvv? 。本文采用積分分離和變參數(shù) PI 控制算法進行 PI 控制器的 設(shè)計，既保持了積分作用，又減小了超調(diào)量，具有較好的控制性能。增大 IT 將減慢消除靜 差的過程，但可減少超調(diào)，提高穩(wěn) 定性。因 而，與常規(guī)的 SPWM 控制相比 ， SVPWM 控制具有電壓利用率高的優(yōu)點。 表 32 不同扇形區(qū)的 1t 、 2t 值 扇區(qū) 0U , 60U 300U , 120U 120U , 180U 180U , 240U 240U , 300U 300U , 0U 1t Z Z X X Y Y 2t X Y Y Z Z X 由式 （ 38） ，作如下定義 1231 ( 3 )21 ( 3 )2r e fr e fr e fVUV U UV U U????????? ????? ? ? ?? (027) 如果 1 0refV ? ， 令 a=l ，否則 a=0； 如果 2 0refV ? ， 令 b=1 ，否則 b=0； 如果 3 0refV ? ，則令 c=l ，否則 c=0。 圖 33 空間電壓矢量分區(qū)及合成 圖 33 中 ， 若 *V 在 I 區(qū)時， *V 可由 1V 、 2V 和 0,7V 合成， 依據(jù) 平行四邊 形法則，有： *12121 2 0 ,7aOsssTTV V V vTTT T T T? ?????? ? ?? (016) 式中 1T 、 2T —— 矢量 1V 、 2V 一 個開關(guān)周期中的持續(xù)時間 ； sT —— PWM 開關(guān)周期。 ( )1 001VbcamIamp。 其中 d 軸與 a 軸重合 ，而 q 軸超前 a 軸 90176。由于這種控制方案通過直 接控制整流器交流側(cè)電壓進而達到控制交流側(cè)電流的目的，因而是一種間接電流控制方式 。本文中對 ? 的取值大小作如下限 定： 0 6???? (06) 由式 (25)和式 (26)得，功率因數(shù)的大小范圍為 ： 1??? (07) 因此，本文三相電壓型 PWM 整流器的工作原理 是通過控制電感 L 的引入，將高功率因數(shù)控制和直流母線電壓穩(wěn)定控制問題轉(zhuǎn)化為電感端電壓的控制問題。Iamp。 本文基于空間電 壓 矢量脈寬調(diào)制原理，通過空間電壓矢 量PWM 控制，在整流 器 交流側(cè)生成幅值、相位受控的正弦 PWM 電壓。另外，由三個電 阻在三個控制電感與三相電源連接處構(gòu)造電 壓 參考點 O。主要有：（ 1） 功率開關(guān)器件的選擇設(shè)計； （ 2） 交流側(cè)電感 的設(shè)計； （ 3） 直 流側(cè)電容的設(shè)計； （ 4）智能功率模塊 IPM 的隔離驅(qū)動電路及保護電路設(shè)計。 針對以上問題，本課題所研究的三相 電壓 型 PWM 整流器具有高功率因數(shù)、直流電壓穩(wěn)定控制等特性，解決了傳統(tǒng)意義上的整流電路中存在諧波含量大、功率因數(shù)低等問題。 IEEE519 標準和 IEC5552 標準 (1995 年修訂后 為 IEC100032)對負載產(chǎn)生的諧波進行限制 ，使 負載對電網(wǎng)注入的諧波 在規(guī)定的范圍內(nèi)。在交流源電壓一定時，如能直接控制 PWM 整流器的瞬時有功和無功，同樣可達到控制輸入電流的效果，這種控制技術(shù)稱為直接 功率 控制。經(jīng)過幾十年的研究與發(fā)展， PWM 整流器技術(shù)已日趨成熟。這種整流器 稱 為 PWM 整流器，又稱為高功率因數(shù)變流器 。為了裝置的安全運行，這部分能量必須通過一定的 途徑 消耗掉。常規(guī)的整流環(huán)節(jié)一般采用二極管不可控整流或晶閘管相控整流，并且輸出側(cè)常使用大電容或大電感濾波來降低紋波。 simulation 三相電壓型 PWM 整流器設(shè)計 1 第 1 章 緒論 引言 在現(xiàn)代工業(yè)、交通、國防、生活等領(lǐng)域中，很多場合需要大量各種類型的變流裝置，這些變流裝置將一種頻率、幅值、相位的電能變換為另一種頻率、幅值、相位的電能，使得用電設(shè)備處于理想工作狀態(tài)，或者滿足用電負載某些特殊要求，從而獲得最大的技術(shù)經(jīng)濟效益 。 首先 ,本 文根據(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整流器的基本工作原理。 畢 業(yè) 設(shè) 計 題目 ： 三相電壓型 PWM 整流器設(shè)計 院 系 ： 電氣信息學院 專業(yè) ： 電氣工程及其自動化 班級 ： 0705 學號 ： 202001010513 學生姓名 ： 導師姓名 ： 完成日期 ： 2020 年 6 月 誠 信 聲 明 本人 聲明 ： 本人所呈交的畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 是在老師指導下進行的研究工作及取得的研究成果 ； 據(jù)查證，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng) 公開 發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機構(gòu)的學位而使用過的材料 ； 我承諾， 本人提交的 畢業(yè)設(shè)計（論文）中的 所有內(nèi)容均真實、可信。 其次 ,介紹三相電壓型 PWM 整流器的控制方法， 深入研究三相電壓型 PWM 整流器的空間電壓矢量脈寬調(diào)制控制方法，進行三相電壓型 PWM 整流器的 PI控制調(diào)節(jié)器的設(shè)計。當今，經(jīng)過交換處理 后再供用戶使用的電能在全國總發(fā)電量中所占的百分比，已經(jīng)成為衡量一個國家技術(shù)進步的主要標準之一。 傳統(tǒng)的整流裝置在引起諧波的同時，也會引起系統(tǒng)無功功率的大量流動。在中小容量系統(tǒng)中，一般采用能耗制動方式，即通過內(nèi)置或外加制動電阻的方法將電能消 耗在大功率電阻器中，實現(xiàn)電機的四象限 運行。 三相電壓型 PWM 整流器國內(nèi)外 研究的現(xiàn)狀 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，功率半導體開關(guān)器 件性能不斷提高，已從早期 廣泛使用的半控型功率半導體開關(guān)發(fā)展到如今性能各異且類型諸多的全 控型功率開關(guān)，尤其是 20世紀 90 年代發(fā)展起來的智能型 功率模塊 (IPM)和功率 IC 則開創(chuàng)了功率半導體開關(guān)器 件新的發(fā)展方向。 PWM 整流器主電路已 從早期的 半控型器件橋路發(fā)展到如今的全控型器件橋路，其拓撲結(jié)構(gòu)已從單相、三相電路發(fā)展到多相組合及多電平拓撲電路， PWM 開關(guān)控制由單純的硬開關(guān)調(diào)制發(fā)展到軟開關(guān)調(diào)制，而在主電路類型上，有電壓型整流器也有電流型整流器，目前以電壓型為主，本文主要討論電壓型整流器。直接功率控制的主要思路是由全控型器件開關(guān)狀態(tài)來估計有功和無功。在我國 也有相關(guān)的標準頒布，如 SD12684《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》 ， GB/T1454993 (電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波 )以及 GB/《電磁兼容限值中、高壓電力系統(tǒng)中畸變負荷發(fā)射限值的評估》等。目前，隨著電力系統(tǒng)理論的發(fā)展和對電力系統(tǒng)中所存在問題的深入研究，如無功功率補償、諧波抑制、負載對電網(wǎng)沖擊的抑制等， 三相電壓型 PWM 整流器 已被廣泛用于改造電網(wǎng)污染和提高電能利用率。 三相電壓型 PWM 整流器設(shè)計 6 第 2 章 三相電壓 型 PWM 整流器的拓撲結(jié)構(gòu)與工作原理 從電力電子技術(shù)發(fā)展來看，整流器是較早應(yīng)用的一 種 AC/DC 的變換裝置。 圖 21 三相電壓型 PWM 整流器主電路 三相電壓型 PWM 整流器的工作 原理 對三相電壓型 PWM 整流器的控制，旨在穩(wěn)定直流側(cè)電壓的同時，實現(xiàn)其交流側(cè)在受控功率因數(shù)條件下 的 正 弦波電流控制 。該電壓與電網(wǎng)電動勢共同作用于整流器交流側(cè)，在整 流器 交流側(cè)形成正弦基波電流，諧 波電流則由整流VLELVamp。三相電壓型 PWM 整流器設(shè)計 8 器交流側(cè)電感 濾除。根據(jù)電網(wǎng)三相電源 E 的特性來調(diào)節(jié)整流器網(wǎng)側(cè)電壓 V 以控制電感電壓 LV ，從而實現(xiàn)對輸入電流 I 的大小與相位的控制，從而控制了整流器傳送能量 的大小及直流側(cè)電壓， 并且 實現(xiàn)高功率因數(shù)控制。 間接電流控制在控制系統(tǒng)中通過控制調(diào)制電壓的幅值及其與電源 電壓的相對位移來控制輸出直流電壓 和功率因數(shù)，盡管它動態(tài)響應(yīng)稍慢，還存在瞬態(tài) 直 流電流偏移，但 它具有簡單的控制結(jié)構(gòu)和良好的開關(guān)特性，檢測量 少， 無需電流傳感器 ，成本低，易于數(shù)字化實現(xiàn)，適用于對控制性能和動態(tài)響應(yīng)要求不高的場合，具有良好的工程實用價值 。 角 。( )2 011V( )0 000V( )3 010V( )4 110V( )5 100V ( )6 101V( )7 111V0三相電壓型 PWM 整流器設(shè)計 14 空間電壓矢量的合成 三相電 壓型 PWM 整 流器空間電壓矢 量 共有 8 條，除 2 條零矢 量 外 ， 其余 6 條非零矢量對稱均勻分布在復平面上。 令矢量 0,7V 的持續(xù)時間為 0,7T ， 則 2(011)V3(010)V1(001)V4(110)V5(100)V 6(101)V0(000)V7(111)VmIeR1 1sTVT*V2 2sTVTO三相電壓型 PWM 整流器設(shè)計 15 1 2 0,7 sT T T T? ? ? (017) 令 矢量 *V 與 1V 間的夾角為 ? ，由 正弦定理 ，則 21* 212 si nsi n si n( )33ssTTVVV??? ??? ? (018) 又因為1223 dcV V v??， 則聯(lián)立式 (310)、 (311) 得 120 ,7 1 23s in ( )s insssT m TT m TT T T T???? ????? ??? ? ? ?? (019) 式中 m — 空間 電壓矢量 PWM 調(diào)制系數(shù) (m ? l)， 并且 *3mV?? (020) 對于零矢量的選擇，主要是考慮選擇 0V 或 7V 應(yīng)使開關(guān)狀態(tài)變化盡可能少， 以降低開關(guān)損耗。 則使 s=a+2xb+4xc， s 即為空間電壓矢量所在的扇區(qū)，對 應(yīng)關(guān)系如表 33 所示 。 PI 控制器的設(shè)計與數(shù)字化實現(xiàn) 按閉環(huán)系統(tǒng)誤差信號的比例、積分、微分進行控制的控制器 (簡稱為 PID 調(diào) 節(jié)器 )，它 是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的 一 種控制器。 3. 微分環(huán)節(jié) 能反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正 信號，從而減小超調(diào)， 克服振蕩 ，加快系統(tǒng)的動作速 度，減小調(diào)節(jié)時間，改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。 具體實現(xiàn) 如下 : ，設(shè)定 一 閥值 ? 0； ??ek? 時，也即偏差值 ??ek 比較大時，為了避免過大的 超調(diào) ，又使 系統(tǒng)有 較快的響應(yīng)，采用比例控制，比例系數(shù)取為 1pK ， 控制輸出為 ? ? ? ?1pu k K e k? (041) ??ek ?? 時， 也即偏 差 信號比較小時 ， 采用 PI 控制，比例系數(shù)取為 2pK ， 且有1pK 2pK 。