【正文】 幅值，根據(jù)空間電壓矢量 脈寬調(diào)制控制原理有 ： *3dcm VV? (03) 式中 m 為 SVPWM 調(diào)制系數(shù) (m? l)， dcV 為 直流母線電壓， *V 為調(diào)制電壓空間矢量。 由 式 (21)和 (22)的運算量 較大并且與主電路參數(shù)相關聯(lián)，不易實現(xiàn)實時控制，系統(tǒng)存在受主電路參數(shù)影響的局限性。三相電壓型 PWM 整流器設計 8 器交流側(cè)電感 濾除。qVamp。LVamp。Vamp。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。 PWM 技術已 廣泛應用于整流系統(tǒng)以提高功率因數(shù) 并改善電流波形。 由 圖 23 和圖 24 可見，適當控制 V 的大小和 E 之間的相位角 ? ， 就能控制輸入電流 I 的大小與相位，就能控制整流 器傳送能量的大小，就控制了直流側(cè)電壓，就能夠控制功率因數(shù)，甚至 實現(xiàn)能 量 的雙向流動 。由于交流濾波電感等效電阻及開關 器件損耗等效電阻較小，在忽略交流濾波電感及開關器件等效電阻的條件下，根據(jù)三相電壓型 PWM 整流電 路拓撲結(jié)構(gòu)，三相電壓型 PWM 整流器的單 相等效電路和相量圖如下所示。 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 。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 。 三相 電壓 型 PWM 整流器的主體包括電 壓源型整流器和串聯(lián)連接在電網(wǎng)中的三 個大小相等的控制電感 L。 PWM 整流器已對傳統(tǒng)的二 極管及相控整流器進行了全面改進，其關鍵性的改進在于用全控 型功率開關器件取代了二極管或半控型功率開關器件，以 PWM 整 流 器 取代 了不控整流或者相控整流，從而使得 PWM 整流器 具有了網(wǎng)側(cè)電流正弦控制、網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)控制、電能雙向流動及較快的動態(tài)控制響應等優(yōu)良性能。 三相電壓型 PWM 整流器設計 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 從電力電子技術發(fā)展來看，整流器是較早應用的一 種 AC/DC 的變換裝置。 PWM 整流器的工作原理及控制方法進行深入分析的基礎上，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 硬件設計。 PWM 整流器的控制方法，在等量坐標變換的基礎上，深入研究三相 電壓型 PWM 整流器的空間電壓矢量脈寬調(diào)制控制算法，進行三相電壓型 PWM 整流器 的 PI 控制調(diào)節(jié)器的設計。總之，這種整流器性能優(yōu)越，可以替代傳 統(tǒng)的整流電路實現(xiàn)裝置的 “ 綠色 ” 運行，有著更為廣泛的應用前景和重要的研究價值。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。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。然而，在大多數(shù)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中，通用變頻器大都為電壓型的交 直 交的電路結(jié)構(gòu)，一般都是先通過二極管不可控的整流電路得到直流，然后通過電容的濾波穩(wěn)定，最后經(jīng)過逆變輸出電壓頻率可調(diào)的交流電。從長遠來看，研究開發(fā)高功率因數(shù)的變流器，則是一種更為 有效和積極的措施 。在我國 也有相關的標準頒布，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。在這些標準當中，被廣泛接受的有 IEEE519 標準和 IEC5552 標準。一方面使電力系統(tǒng)的供電效率下降并且威脅電力系統(tǒng)自身的安全運行，另一方面影響了電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量。 研究的目的及意義 眾所周知，電能是現(xiàn)代社會的主要能 源，在各行各業(yè)中有著最廣泛的應用，是人類三相電壓型 PWM 整流器設計 4 現(xiàn)代文明的重要物質(zhì)基礎之一。直接功率控制的主要思路是由全控型器件開關狀態(tài)來估計有功和無功。直接電流控制的優(yōu)點為動態(tài)響應速度快、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，需要復雜的算法 (由 DSP 或多片單 片機實現(xiàn) )和調(diào)制模塊。為了提高電壓利用率并降低開關損耗，基于空間矢量的 PWM 控制在電壓型 PWM 整流器電流控制中取得了廣泛應用。 三相電壓型 PWM整流器的網(wǎng)側(cè)電流控制策略主要分成兩類 :一類是間接控制策略；另一類就是目前研究較多的直接電流控制策略。 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 開關控制由單純的硬開關調(diào)制發(fā)展到軟開關調(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。 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。能量 可雙向流動的 PWM 整流器不僅具有整 流特性，而且還具有逆變特性，三相電壓型 PWM 整流器設計 3 所以說 PWM 整流器是一種新型 的可逆 PWM 變流器。目前，這些變流裝置大部分需要整流環(huán)節(jié)以獲得直流電壓，由于 常規(guī)整流環(huán)節(jié)廣泛采用了二極管不可控整流或晶閘管相控整 流，對電網(wǎng)注入了大量諧波及無功 功率 ，造成了嚴重的電網(wǎng) “污染”。 三相電壓型 PWM 整流器國內(nèi)外 研究的現(xiàn)狀 隨著電力電子技術的發(fā)展，功率半導體開關器 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發(fā)展到如今性能各異且類型諸多的全 控型功率開關，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)了功率半導體開關器 件新的發(fā)展方向。 把 PWM 技術應用于由 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，因而備受關注。（ 2） .設計輸入電流為 正弦、諧波含量低、功率因數(shù)高 的整流器。 傳統(tǒng)晶閘管 (SCR)構(gòu)成的相控整流電路已經(jīng)非常成熟，并獲得了廣泛應用，但存在以下幾個主要弊端 : ； ，交流側(cè)功率因數(shù)極低； ； ； 整流電源構(gòu)成的直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)響應較慢。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。 ，由于二 極管的單向?qū)щ娦?，電機制動的再生能量無法回三相電壓型 PWM 整流器設計 2 饋給電網(wǎng)。 大量無功功率的消耗會給電網(wǎng)帶來額外的負擔，不僅增加了輸電線路的損耗，而且嚴重地影響了供電質(zhì)量。 二極管整流電路簡單、經(jīng)濟可靠。 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。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。而 20 世紀 90 年代發(fā)展起來的智能型 功率模塊 (IPM)則開創(chuàng)了功率半導體開關器件的發(fā)展方向。晶 閘管是一種只能控制導通而不能控制關斷的半控型開關 器件，其在交流傳動和變頻電源領域中的應用受到了一定的限制 。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進步的主要標準之一。 power factor。 關鍵詞： PWM 整流器；空間電壓矢量；功率因數(shù) ； 仿真 三相電壓型 PWM 整流器設計 II Design of ThreePhase VoltageType PWM Rectifier Abstract:with the growing problem of harmonic pollution and people need highperformance electric drive technology, PWM rectifier technology is causing more and more attention. Threephase PWM rectifier voltage can be high power factor, DC voltage output stability, good dynamic performance, and can realize twoway flow of energy. Therefore, the field of power electronics has bee the hot issue of research. Firstly, the paper elaborated the basic principle of work for the PWM rectifier according to main circuit topology of threephase voltagetype PWM rectifier. Secondly, the paper proposed the threephase voltagetype PWM rectifier’s control strategy. Based on the control strategy it has studied the space voltage vector pulse width modulation control method as well as designed PI regulator for the threephase voltagetype PWM rectifier. Then, the threephase voltagetype PWM rectifier system simulation, the establishment of the main circuit, the space voltage vector PWM control of the control module and the PI regulator of the simulation model, the threephase voltagetype PWM rectifier simulation of the entire system. Finally, according to the entire threephase voltage PWM rectifier system simulation the article has carried on the hardware and main circuit parameter design. Experimental results show that the paper is designed to achieve threephase voltage PWM converter with high power factor operation, to solve the traditional sense of the rectifier harmonic content present in a large, the low power factor and energy problems cannot be feedback to achieve the energy twoway flow and a stable DC bus voltage control has good practical value. Keywords: PWM rectifier。 最后 ,在對三相電壓型 PWM 整流器工作原理及控制方法進行深入分析的基礎上， 進行了 系統(tǒng)的 部分 硬件結(jié)構(gòu)和主電路參數(shù) 設計。 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)器的設計。因此 ,成為當前電力電子領域研究的熱點課題之一。 二、 進度安排及完成時間： 1 月 3 日 ～ 1 月 15 日： 查閱資料；撰寫文獻綜述和開題報告；確定總體方案 ； 3 月 20 日 ～ 4 月 20 日：畢業(yè)實習、撰寫實習報告； 4 月 21 日 ～ 5 月 20 日：畢業(yè)設計 ； 5 月 21 日 ～ 6 月 5 日：撰寫畢業(yè)設計論文 ； 6 月 6 日 ～ 6 月 10 日：指導老師評閱、電子文檔上傳 FTP； 6 月 11 日 ～ 6 月 14 日：