【正文】 基于主電路拓?fù)?，設(shè)計(jì)了功率電路各元器件的參數(shù)，為第三章的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和第四章的 系統(tǒng)仿真提供理論依據(jù)。在開關(guān)頻率一定時(shí)，電容偏小，整流器控制調(diào)節(jié)動(dòng)作快，但輸出電壓波動(dòng)大，帶載能力弱； 電容偏大，整流器調(diào)節(jié)過程慢，瞬態(tài)特性不良，但帶載能力可以明顯提高。 考慮電壓跟隨性指標(biāo)： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 LtC R? （ 231） 其中： rmt 為 dcu 從初始值上升到額定值所用時(shí)間的最大值； LR 為直流側(cè)額定負(fù)載電阻。結(jié)合考慮以上因素，為了盡量降低交流側(cè)電流畸變，兼顧系統(tǒng)電流環(huán)控制性能，及電感的體積重量， 下 文 將對(duì) 電感大小 進(jìn)行進(jìn)一步 選擇。 此外，交流側(cè)電感作為整流器工作在升壓模式下的儲(chǔ)能元件，很大程度上決定了整流器輸出直流電壓的可調(diào)范圍。 因此， 交流輸入電感在 PWM 整流器正常工作中，起著非常重要的作用。開關(guān)頻率高，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，波形失真度小，且功率電路的磁性元件體積 和重量小，但高頻開關(guān)時(shí)分布電感、分布電容對(duì)電路的影響變得顯著，開關(guān)損耗也變大，電磁環(huán)境較差時(shí)，抗噪聲干擾能力顯著降低，開關(guān)頻率低則反之?？刂破髦麟娐穮?shù)設(shè)計(jì)主要針對(duì)尖峰電壓的吸收，大電流的保護(hù)以及功率管散熱來進(jìn)行 [8][9][12]。一些文獻(xiàn)中使用等功率坐標(biāo)變換，保證變換前后的電壓、電流乘積不變，這與等值變換在電路控制方面沒有本質(zhì)區(qū)別。 qee? aedecebe ?t?Ee??q 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 26 圖 28 坐標(biāo)系關(guān)系示意圖 以電壓變換為例， ae 、 be 、 ce 為交流輸入三相對(duì)稱正弦電壓，角頻率為 ? ，由靜止 abc 坐標(biāo)系到靜止 ?? 坐標(biāo)系的變換推導(dǎo)如式（ 219）。 利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將三相靜止坐標(biāo)系 abc 轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波角頻率同步旋轉(zhuǎn)的兩相 dq 坐標(biāo)系，這樣就將交流側(cè)的時(shí)變量轉(zhuǎn)化成了直流量，從而大大簡化了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)在兩相旋轉(zhuǎn) dq 坐標(biāo)系下采用 PI控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的 無靜差控制，并且易于實(shí)現(xiàn)對(duì)有功、無功電流的解耦控制 。三相VSR數(shù)學(xué)模型基于以下假設(shè)： （ 1）輸入電動(dòng)勢 e 為三相對(duì)稱平衡的理想正弦電動(dòng)勢； （ 2）濾波電感 L 為線性，忽略磁飽和造成的影響； （ 3）功率管開關(guān)損耗以電阻 sR 表示，即實(shí)際的功率開關(guān)管可由理想開關(guān)與損耗電阻 sR 串聯(lián)等效表示。此外，附加輸入電壓接入接觸器 RS 、起動(dòng)限流電阻 sR 和短路接觸器 S ，及合理有效的散熱裝置，即構(gòu)成了控制器整流級(jí)的功率主電路 [9]。為使電路運(yùn)行在 PWM 模式下，開關(guān)器件應(yīng)能阻斷反向電壓，本文選擇全控器件 IGBT，與開關(guān)管反并聯(lián)的二極管在有一個(gè)合適直流源時(shí)，便于功率向交流側(cè)再生，同時(shí)也參與整流。據(jù)此，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，要注意調(diào)制波和載波幅值間的關(guān)系。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 PWM 波形的調(diào)制方式可以分為線性模式和非線性模式 [27][28]。從圖 23可得 1 sin 2/ 2 / 2rD cat T??? ? （ 25） 可得 (1 sin )2crDT at???? （ 26） 三角波一周期內(nèi)，脈沖兩邊間隙寬度為 39。 如圖 25所示，在三角波負(fù)峰值時(shí)刻 Dt 對(duì)調(diào)制信號(hào)波采 樣得 D點(diǎn)，過 D作水平線與三角波交于 A、 B 點(diǎn)，在 A點(diǎn)時(shí)刻 At 和 B點(diǎn)時(shí)刻 Bt 控制器件的通斷，如果載波比足夠高，那么脈沖寬度 ? 和用自然采樣法得到的脈沖寬度會(huì)非常接近。這種算法計(jì)算量大，耗時(shí)多，占用存儲(chǔ)空間，不適合在 DSP 處理器中以程序語言通過程序算法實(shí)現(xiàn)。但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確控制。 2. 硬件調(diào)制法：該法專為解決等面積法計(jì)算的繁瑣而提出。 1. 等面積法：該法實(shí)際上就是 SPWM 原理的直接闡釋。計(jì)算法要求已知正弦波的頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)， SPWM 波形中各脈沖寬度和間隔可以準(zhǔn)確計(jì)算出來。根據(jù)面積等效原理， SPWM波形和正弦半波在慣性環(huán)節(jié)上的作用是等效的。如果把圖 24的正弦半波分成 N等份，就可以把正弦半波看成是由 N個(gè)彼此相連的脈沖序列所組成的波形。例如，圖 23 所示三個(gè)不同形狀的窄脈沖，其中圖（ a）為矩形脈沖，圖（ b）為三角形脈沖，圖（ c）為正弦半波脈沖， 它們的面積即沖量都等于 1。 SPWM 基本控制原理 采 樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其作用效果基本相同。 正弦脈寬調(diào)制技術(shù) 正弦脈寬調(diào)制 SPWM 脈沖序列中，各脈沖寬度及相互間隔由正弦調(diào)制波和等腰三角載波的交點(diǎn)決定。 由 PWM 整流器運(yùn)行狀態(tài)可知，控制網(wǎng)側(cè)電壓 U 即可實(shí)現(xiàn)整流器的四象限運(yùn)行。 當(dāng) U 的端點(diǎn)運(yùn)行在 ABC 段時(shí)， PWM 整流器工作在整流狀態(tài)，從電網(wǎng)吸收有功和無功功率。當(dāng) U 的端點(diǎn)在 B時(shí)（圖 22b），電感電流滯后其電壓 90176。由整流器輸入電壓與電流矢量的幅值與相位關(guān)系可以看出，整流器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行有四種工作模式，主要由橋側(cè)電壓的幅值和方向決定其運(yùn)行象限。流過電感的電流 I 為整流橋輸入電流， LU 為電感電壓， U 為整流橋輸入電壓，直流輸出電流 dcI 為流過阻容網(wǎng)絡(luò)的電流之和。 隨著 PWM 整流技術(shù)的發(fā)展 ,已經(jīng)設(shè)計(jì)出多 種 PWM 整流器 ,并可進(jìn)行如下所示的分類，它們?cè)谥麟娐方Y(jié)構(gòu) PWM 信號(hào)發(fā)生以及控制策略等方面均有各自的特點(diǎn)。 由此可知， PWM 整流器實(shí)際上 是一個(gè)其交、直流側(cè)可控的四象限運(yùn)行的變流裝置。 第五章 總結(jié)歸納全篇，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。確定變頻轉(zhuǎn) 恒頻變換前提下整流器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立其靜止坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型，根據(jù)三相 VSR 主電路結(jié)構(gòu)分別推導(dǎo)了基于三相靜止坐標(biāo)系以及兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的系統(tǒng)模型。 4. 根據(jù)整流器控制方案，選用 Synopsys 公司的 Saber 軟件構(gòu)建了三相 VSR仿真平臺(tái)。在查閱了文獻(xiàn)和材料的基礎(chǔ)上，對(duì)課題研究的背景、 PWM 整流器的發(fā)展現(xiàn)狀、各種 PWM 整流器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、三相 VSR 控制技術(shù)、調(diào)制方法、三相 VSR 研究現(xiàn)狀以及 PWM 整流器進(jìn)一步的研究方向進(jìn)行了闡述。 2. 輸入功率因數(shù)大于 。故本文利用同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，將交流輸入電壓、交流輸入電流變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，然后在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系對(duì)變換后的電壓、電流等效直流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。 在現(xiàn)行的大、中功率電力系統(tǒng)應(yīng)用場合，廣泛采用的是三相交流供電系統(tǒng)。本文涉及的變頻轉(zhuǎn)恒頻靜止變流器 VFCFC 采用雙 SPWM 控制的電壓型整流器（ VSR Voltage Source Rectifier）加逆變器（ VSI Voltage Source 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 Inverter）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文采用固定開關(guān)頻率的直接電流控制方法設(shè)計(jì)變頻輸入 SPWM 整流器控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)較好的電流波形、功率因數(shù)控制和變頻輸入下的整流工作特性 [8]。 在 PWM 整流 器 的 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，基于電網(wǎng)電壓定向的 空間 矢量控制是目前 主流 的電壓型 PWM 整流 器控制策略 [25]。直接電流控制主要包括滯環(huán)電流控制、固定開關(guān)頻率控制以及空間矢量電流控制等等。小功率應(yīng)用場合 ，一般專注于減少成本和改善輸出性能等方面，因此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改進(jìn)集中于如 何能利用更少的開關(guān)管來得到更好的輸出性能； 而大功率場合 一般伴隨著高電壓、大電流，對(duì)開關(guān)器件的耐壓和耐流提出了更高要求，因此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究集中于如何使器件僅需承受較低電壓和較小電流，多電平技術(shù)、多變流器拓?fù)浣M合和軟開關(guān)技術(shù)是主要研究方向， 結(jié)構(gòu)簡單，損耗小，控制方便 的 電壓 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 型 PWM 整流 器成為 了 研究熱點(diǎn) 。 Hengchun Mao 等人則在前人的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行降階后，得到了一種新穎的 PWM 整流器小信號(hào)數(shù)學(xué)模型，使得 PWM 整流器的特性分析大為簡化。整流器無源控制基于系統(tǒng)的歐拉 拉格朗日 EL（ Euler Lagrange）模型，采用阻尼注入方法 [19]設(shè)計(jì)控制器，與其它控制策略相比，整流器性能雖有改進(jìn)，但當(dāng)負(fù)載變化、電源波動(dòng)和不平衡時(shí)存在直流電壓穩(wěn)態(tài)誤差較大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度不理想等問題 [35][36]。實(shí)質(zhì)上，這種方法對(duì)電力電子裝置進(jìn)行了功率因數(shù)校正，使其實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)輸入。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著電力電子裝置在工業(yè)應(yīng)用場合的不斷擴(kuò)大以及電力變換器的大功率化，諧波污染，無功功率損耗等問題越來越引起人們的重視 ,為了降低成本，節(jié)約能源 ,減少污染 ,在越來越多的電氣設(shè)備應(yīng)用中，對(duì)電能的品質(zhì) 提出了新的要求。還可以根據(jù)實(shí)際需要，將網(wǎng)側(cè)電壓電流分解為有功和無功分量，通過一定的控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)有功功率和無功功率的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的功率因數(shù)可調(diào)，為無功負(fù)載提供所需的無功功率。因此，航空 PFC中需要解決的關(guān)鍵問題，可歸納為變頻率輸入條件下的高效率、高性能、高密度 [7]。 上述電源變換器，本質(zhì)上為電力變頻器，最常 用的結(jié)構(gòu)是不控整流與變頻逆變級(jí)聯(lián)。然而，異步電機(jī)由變 頻供電與恒頻供電相比，結(jié)構(gòu)和起動(dòng)、運(yùn)行特性都有所不同。因此，鑒于多電飛機(jī)供電系統(tǒng)大容量特點(diǎn)變頻供電體制具有明顯優(yōu)勢 [4]。 20世紀(jì) 80年代，變頻技術(shù)首先 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 應(yīng)用于轉(zhuǎn)速范圍較小的渦輪螺旋槳飛機(jī)，隨后空客 A380飛機(jī)選用了 TRW公司的變頻發(fā)電技術(shù)，波音 B787飛機(jī)也采用了變頻發(fā)電系統(tǒng)?？煽糠€(wěn)定、高功率密度、低噪聲等，成為多電飛機(jī)電力系統(tǒng)的 發(fā)展方向。多電飛機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展優(yōu)化了飛機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，進(jìn)而優(yōu)化了飛機(jī)系統(tǒng)的性能，為飛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)帶來了歷史性的變化。一次電源是直接由航空發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)及其控制保護(hù)器組成；二次電源是將飛機(jī)上主電源的能量轉(zhuǎn)換為另一種或者多種形式的電能，以滿足機(jī) 載用電設(shè)備對(duì)電能形式的多樣化需求；輔助電源主要由輔助動(dòng)力裝置組成；應(yīng)急電源是一個(gè)獨(dú)立的電源，在主電源都發(fā)生故障時(shí)，向飛機(jī)重要用電設(shè)備供電，可采用蓄電池或應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電 [2][3]。理論分析、軟件仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表明，本文設(shè)計(jì)的整流器能夠?qū)崿F(xiàn)飛機(jī)變頻供電下的起動(dòng)和運(yùn)行控制，輸入級(jí) PWM 整流使控制器穩(wěn)態(tài)輸入功率因數(shù)達(dá)到 以上，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性和可行性。變頻供電降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和維 護(hù)難度，提高了系統(tǒng)功率密度、可靠性和使用壽命，成為多電飛機(jī)的技術(shù)熱點(diǎn)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 III 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文 摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)） ：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬字。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題 目 PWM 整流器仿真與分析 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日 期： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 II 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用 學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 ：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 本文設(shè)計(jì)了交 直 交