【正文】 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 5 第二章 單相三電平整流器的工作原理及系統(tǒng)分析 PWM 整流器的工作原理 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 變換裝置。主要內(nèi)容如下： 以單相三電平電壓型 PWM 整流器為研究對(duì)象，分析了三電平 PWM 整流器的工作和控制原理，進(jìn)行了系統(tǒng)的 MATLAB 仿真。因此，目前這方面的研究工作 主要集中在針對(duì)各種 PWM 調(diào)制方法，開發(fā)有效的中點(diǎn)電位平衡控制技術(shù)等方面。 解決中點(diǎn)電位波動(dòng)的手段主要有以下三種：（ 1）增加直流側(cè)濾波電容的容量；（ 2）設(shè)置專門的中點(diǎn)電位控制電路 [36]；（ 3）開發(fā)有效的中點(diǎn)電位平衡控制方法[3740]。為了實(shí)現(xiàn)三電平 PWM整流器的控制目標(biāo)，針對(duì)各種調(diào)制方式的系 統(tǒng)平均模型的研究還并不深入。有關(guān)系統(tǒng)建模的研究工作，目前主要集中在建立各種坐標(biāo)系下的開關(guān)模型，以及在直流側(cè)電容電壓 21 uu? 假設(shè)條件下的模型簡(jiǎn)化方面 [3135]。因此，除了需要對(duì)兩電平 PWM整流器研究中所涉及的輸入電流和輸出電壓控制以 及電網(wǎng)電壓不平衡時(shí) PWM整流器控制等問題進(jìn)行研究之外，還需要對(duì)三電平 PWM整流器的數(shù)學(xué)模型，中點(diǎn)電位平衡控制問題進(jìn)行研究。因此，本文所述的二極管箝位型三電平整流器將會(huì)更加廣泛地應(yīng)用于高電壓、大容量電力傳動(dòng)系統(tǒng)中。 其中，二極管箝位型三電平整流器，因?yàn)槠鋬?yōu)于二電平整流器的特性及優(yōu)秀的變流性能及可靠性，成為目前最具潛力的研究方向。 （ 4）在相同的直流母線電壓條件下，較之兩電平變換器，因?yàn)殡娖綌?shù)的增加，du/dt 應(yīng)力大為減小，在高壓大電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中，有效防止電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組絕緣擊穿，同時(shí)改善了裝置的 EMI 特性； 同時(shí)，由于 PWM整流器能夠抑制諧波和提高功率因數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且運(yùn)行于單位功率因數(shù)，而且能量可以雙向傳輸，輸出直流電壓紋波較小，克服了二極管不控整流電路和晶閘管相控整流電路的很多缺點(diǎn)，從而真正實(shí)現(xiàn)了電力電子 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 3 裝置的“綠色電能變換”，因此受到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，并開展了大量的研究工作。 三電平電路比傳統(tǒng)的兩電平電路雖然主電路結(jié)構(gòu)和控制均較為復(fù)雜，但也具有后者所沒有的優(yōu)越性，即： (1)開關(guān)管承受的關(guān)斷電壓降為直流側(cè)電壓一半，因此適用于高壓、大容量功率應(yīng)用場(chǎng)合； (2)在同樣的開關(guān)頻率及控制方式下，三電平整流器輸出電壓或電流的諧波均小于二電平整流器，它的總的諧波失真 THD也要小于二電平整流器。 相對(duì)于國內(nèi)在這方面起步比較晚， 國外對(duì)單相 三電平整流器的研究較多，不僅在電路拓?fù)?，還有基于不同 PWM控制算法以及軟開關(guān)技術(shù)上的實(shí)驗(yàn)研究，如對(duì)基于開關(guān)邏輯控制算法的四象限 H橋型單相三電平整流器的研究等。 但是，在多電平變換器概念提出的最初幾年，它并沒有受到更多的關(guān)注，其主要原因在于多電平變換器特殊的電路拓?fù)?，無論對(duì)功率器件還是控制電路的要求都較高。與此相對(duì)應(yīng)，多種多電平變換器的調(diào)制方法也被提出和研究。 三電平變換技術(shù)的研究概況及意義 一般認(rèn)為，現(xiàn)在通稱的 多電平變換器的概念 是 在 1980 年的 IAS 年會(huì)上提出 來的 ， 并 以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)受到廣泛的關(guān)注和研究。電機(jī)及其負(fù)載節(jié)電的途徑主要有兩大類：一是提高電機(jī)或負(fù)載的運(yùn)行效率，如風(fēng)機(jī)、水泵調(diào)速是以提高負(fù)載運(yùn)行效率為目標(biāo)的節(jié)能措施；二是將負(fù)載上的機(jī)械能反變換成電能回送電網(wǎng)，使電機(jī)和負(fù)載在單位時(shí)間內(nèi)消耗的電網(wǎng)電能下降，從而達(dá)到節(jié)電的目的。 而且隨著工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和人們生活水平的不斷提高，電能供需矛盾日益突出，節(jié)約電量的呼聲日益高漲。新的國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)傳統(tǒng)的相控變流器提出了更高的要求。直到 20 世紀(jì) 70年代，電力電子裝置在人們的生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，由諧波引發(fā)的各種事故也越來越多，人們才注意到電力電子裝置不僅帶來了便利，同時(shí)也帶來了危害。 諧波電流在線路上形成的諧波電壓會(huì)使電網(wǎng)電壓畸變，影響電壓質(zhì)量，還會(huì)使電力系統(tǒng)加大功耗，效率降低，由于渦流和集膚效應(yīng)，對(duì)電 機(jī)、變壓器、電容器等電器設(shè)備也有損害；電網(wǎng)中使用了大量的電感電容，按照設(shè)計(jì)一般不可能發(fā)生諧振問題，但有可能諧波電流頻率剛好為某個(gè)電感電容支路的諧振頻率，這樣會(huì)使諧波放大引起連鎖反應(yīng)，對(duì)電網(wǎng)造成巨大的危害。正是由于它的飛速發(fā)展，各類電力電子裝置作為重要的電器設(shè)備廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如：交直流可調(diào)電源、電力供電系統(tǒng)、電氣傳動(dòng)控制與電化學(xué)生產(chǎn)等，而大多數(shù)的電力電子裝置都是通過變流器與電網(wǎng)相連，傳統(tǒng)的相控變流器因其具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有著廣泛應(yīng)用。 作者簽名： 日 期： 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ VI 目錄 摘要 .........................................................................................................................................I ABSTRACT .......................................................................................................................... II 主要符號(hào)說明 ...................................................................................................................... III 目錄 ....................................................................................................................................... V 第一章 緒論 ........................................................................................................................ 1 三電平整流器的產(chǎn)生背景 .................................................................................. 1 三電平變換技術(shù)的研究概況及意義 .................................................................... 2 三電平 PWM 整流器的研究方向 ........................................................................ 3 本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容 .................................................................................... 4 第二章 單相三電平整流器的工作原理及系統(tǒng)分析 .......................................................... 5 PWM 整流器的工作原理 ..................................................................................... 5 二極管箝位整流器系統(tǒng)拓?fù)浞治?.......................................................................... 8 開關(guān)工作模態(tài)分析 ...................................................................................... 8 主電路拓?fù)涔ぷ鞣治?................................................................................ 13 三電平 PWM 整流器的數(shù)學(xué)建模 ...................................................................... 15 性能指標(biāo) .............................................................................................................. 17 直流側(cè)性能指標(biāo) ........................................................................................... 17 交流 側(cè)性能指標(biāo) ........................................................................................ 17 第三章 三電平 PWM 整流器的控制技術(shù) .................................................................... 19 PWM 整流器的直流電壓控制 ........................................................................... 20 PWM 整流器的交流電 流控制 ........................................................................... 21 滯環(huán)電流控制 ............................................................................................ 21 定時(shí)瞬時(shí)值電流控制 ................................................................................ 22 瞬態(tài)電流控制 ............................................................................................ 22 SPWM 控制原理及實(shí)現(xiàn) ..................................................................................... 24 SPWM 控制基本原理 ............................................................................... 24 SPWM 的單片機(jī)實(shí)現(xiàn) ............................................................................... 26 PID 基本原理及數(shù)字化實(shí)現(xiàn) .............................................................................. 26 第四章 中點(diǎn)電位平衡控制策略 ...................................................................................... 29 中點(diǎn)電位問題的產(chǎn)生原因 .................................................................................. 29 中點(diǎn)電位平衡控制策略 ..................