【正文】 統(tǒng)、電氣傳動(dòng)控制與電化學(xué)生產(chǎn)等領(lǐng)域，然而大多數(shù)的電力電子裝置都是通過變流器與電網(wǎng)相連，總存在網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低以及輸入電流諧波成分高的問題。 為了減小諧波干擾對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量的危害，以及可能因此而引發(fā)的事故， 1994 年 3月國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局頒布了國(guó)標(biāo) GB/T 145491993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》。 PWM整流器作為高功率因數(shù)變流器的一個(gè)重要方向，在各種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域扮演著重要角色。 然而相對(duì)于兩電平 PWM整流電路，三電平 PWM整流器的功率開關(guān)管所承受的關(guān)斷電壓為直流側(cè)電壓的一半，減少了功率開關(guān)管的電壓強(qiáng)度，同時(shí)電平數(shù)的增加使入端電流更接近正弦波，在同樣的的開關(guān)頻率及控制方式下，其電流諧波總畸變率（ THD）要遠(yuǎn)小于兩電平 PWM整流器。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)的工作情況與理論分析相符合，該系統(tǒng)不僅能使直流電壓在一定范圍內(nèi)可調(diào)，而且使整流器交流側(cè)電流諧波降低，實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)運(yùn)行。 the other is using the new high power factor converter . PWM rectifier ,as an important direction of high power factor converters, plays an important role in the various areas of industrial production. It not only requires the constant of middle dc voltage, AC power factor is 1, also required to minimize the current harmonics. However, in related to the twolevel PWM rectifier, the DC side power switch turnoff voltages of threelevel PWM rectifier are the half, so it reduce the power voltage strength, and the increase of the level’s numbers makes the inputside current closer to the sine wave, and at the same switching frequency and control mode, the total current harmonic distortion (THD) is much smaller than the twolevel rectifier. Therefore, this graduatingdesign choose the singlephase threelevel PWM rectifier as research object. First this paper introduces the background, research survey and significance of this research subject, explains the working principle of the PWM rectifier and analyzes its switching modes and topology。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織 已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 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?jī)?nèi)容。 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................. 40 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 1 第一章 緒論 三電平整流器的產(chǎn)生背景 電力電子技術(shù)自 20 世紀(jì) 50 年代誕生以來，經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的飛 速發(fā)展，至今已被廣泛應(yīng)用于需要電能變換的各個(gè)領(lǐng)域。但也存在一些，如：①網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低；②輸入電流諧波成分高的問題。 但是在電力電子設(shè)備大量在人們?nèi)粘Ｉ钪谐霈F(xiàn)之前，諧波危害并沒有明確的表現(xiàn)出來，所以我們對(duì)諧波的危害也沒有進(jìn)行過深入的探討。 為有效地控制電網(wǎng)諧 波干擾，在 1994年 3月國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局頒布了國(guó)標(biāo) GB/T 145491993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，對(duì)電力用戶做出了明確的規(guī)定。而抑制電力諧波的方法主要有兩種，一種是裝設(shè)專用的諧波補(bǔ)償裝置，該方法相應(yīng)地帶來了成本增加的問題；另一種是采用新型的高功率因數(shù)變流器，這是為廣大用戶所普遍接受的。因此，研究電機(jī)及其所拖動(dòng)負(fù)載的節(jié)能具有特別重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì) 效益。 針對(duì)以上這些問題，本畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的電壓型 PWM整流器具有網(wǎng)側(cè)交流電流低諧波、單位功率因數(shù)、直流側(cè)電壓恒定控制以及 能量雙向流動(dòng) 等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以在單位功率因數(shù)下運(yùn)行，還可以進(jìn)行電網(wǎng)無功調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了電能的“綠色變換”，很好的解決了傳統(tǒng)意義上的整流電路中存在諧波含量大、功率因數(shù)低和能量 不能回饋等問 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 2 題，因此也使整流器在各種直流電源、變頻調(diào)速系統(tǒng)、可再生能源并網(wǎng)發(fā)電等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。 在短短 20 多年的時(shí)間里，已經(jīng)形成了三類基本拓?fù)浼耙幌盗懈倪M(jìn)拓?fù)?。在拓?fù)浞矫妫倪M(jìn)的主要方向是減少器件數(shù)量，解決電容電壓的不平衡等；在調(diào)制方面，改進(jìn)的主要方向是輸出波形性能的優(yōu)化和 算法的簡(jiǎn)化及算法的通用性等。因此直到 20世紀(jì) 80年代末，隨著 GTO、 IGBT、 IGCT等一系列大功率可控開關(guān)器件技術(shù)的進(jìn)步，以及以 DSP為代表的高精度高速控制芯片的迅速普及，促進(jìn)了電力電子變流裝置技術(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，關(guān)于多電平變換器的研究和應(yīng)用才有了迅猛的發(fā)展 。本文所采用的整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是將其移值到中點(diǎn)箝位式型三電平整流器中。 (3)由于電平數(shù)的增加，改善了輸出電壓波形，即使在開關(guān)頻率很低時(shí)也能保證一定的正弦度。目前， PWM整流技術(shù)已成為解決電網(wǎng)諧波污染、無功功率損耗，節(jié)約能源領(lǐng)域中重要的發(fā)展方向之一，而三電平 PWM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也從最初的 DCAC變換，如大功率電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；拓展到 ACDC變換，如電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償和 ACDCAC變換，如超導(dǎo)儲(chǔ)能；再到近期的 DCDC變換，如高壓直流變換、多電平 PFC等。隨著 GTO、 IGBT、 IGCT等大功率開關(guān)器件的耐壓水平進(jìn)一步提高，這種結(jié)構(gòu)能完全滿足傳動(dòng)控制方面的要求。 三電平 PWM 整流器的研究方向 三電平 PWM整流器主要應(yīng)用在于中高壓大功率場(chǎng)合，其控制目標(biāo)包括以下三個(gè)方面：第一，控制三相正弦輸入電流的相位與電網(wǎng)電壓的相位相同，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)；第二，控制直流輸出電壓達(dá)到設(shè)定值；第三，控制直流電容電壓平衡。 （ 1）三電平 PWM整流器的建模 通過建立三電平 PWM整流器的數(shù)學(xué)模型，能夠深入揭示系統(tǒng)的非線性本質(zhì)，為輸入電流和輸出電壓控制器的設(shè)計(jì)和中點(diǎn)電位平衡控制方法的研究打下基礎(chǔ)。其中， 等人在文獻(xiàn) [38]中 詳細(xì)推導(dǎo)了以每相開關(guān)函數(shù) iS ),( cbai? 作為控制輸入的 abc 和 ??? 坐標(biāo)系下的三電平 PWM整流器開關(guān)模型，該模型清晰的表明了中點(diǎn)電位波動(dòng)對(duì)于整流器輸入電流和輸出電壓動(dòng)態(tài)性能的影響，但由于該模型中包含開關(guān)函數(shù)的非線性項(xiàng) (平方項(xiàng) )，因此很難由該開關(guān)模型開發(fā)出有效的平均模型用于整體控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。 （ 2）中點(diǎn)電位平衡控制方法的研究 三電平 NPC整流器的中點(diǎn)電位波動(dòng)會(huì)引起直流側(cè)輸出電壓和網(wǎng)側(cè)輸入電流諧波增加，系統(tǒng)性能下降以及可靠性變差等問題，當(dāng)直流電容電壓嚴(yán)重不平衡時(shí)還會(huì)損壞功率器件。盡管采用方法（ 1）和方法（ 2）可以減小和抑制中點(diǎn)電位的波動(dòng)，但是從成 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 4 本和體積的角度考慮有時(shí)是不允許的。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)在廣泛查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān) PWM 整流器研究資料和基于 MATLAB 仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)二極管箝位型三電平 PWM 整流電路進(jìn)行了較為深入的研究。首先，本設(shè)計(jì)緒論介紹了課題的產(chǎn)生背景、國(guó)內(nèi)外研究概況意義以及目前一段時(shí)間內(nèi)的研究方向；其次，論文詳盡地闡述了 PWM 整流器 的工作原理、控制技術(shù)，并對(duì)二極管箝位型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了基本數(shù)學(xué)建模和系統(tǒng)分析，為輸入電流和輸出電壓控制器的設(shè)計(jì)和中點(diǎn)電位平衡控制方法的研究打下基礎(chǔ)；然后，針對(duì)單相三電平整流器主電路設(shè)計(jì)，提出了一種解決中點(diǎn)電位平衡問題的方法，并給出了其相應(yīng)的控制原理示意圖；最后進(jìn)行了基于MATLAB/SIMULINK 的仿真，仿真結(jié)果說明了系統(tǒng)的工作情況與理論分析相符合，驗(yàn)證了電壓電流雙閉環(huán) SPWM 控制的正確性和實(shí)用性。整流器的發(fā)展經(jīng)歷了由不控整流器（二極管整流）、相控整流器（晶閘管整流）到 PWM 整流的發(fā)展歷程。 雖然二極管整流器，改善了整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，但仍會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)側(cè)諧波電流而“污染”電網(wǎng)；另外二極管整流器的不足之處還在于 其直流電壓的不可控性。其關(guān)鍵性的改進(jìn)在于用全控型功率開關(guān)管取代了半控型功率開關(guān)管或二極管，以 PWM 斬控整流取代了相控整流或不控整流。由于電能的雙向流動(dòng)，當(dāng) PWM 整流器從電網(wǎng)吸取電能時(shí)，其運(yùn)行于整流工作狀態(tài)；而當(dāng) PWM 整流器向電網(wǎng)傳輸電能時(shí)，其 運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)。進(jìn)一步研究表明，由于 PWM 整流器其網(wǎng)側(cè)電流及功率因數(shù)均可控，因而可被推廣應(yīng)用于有源電力濾波及無功補(bǔ)償?shù)确钦髌鲬?yīng)用場(chǎng)合。為便于理解，以下首先從模型電路闡述 PWM 整流器的基本原理。從圖 21 可以看出： PWM 整流器模型電路由交流回路、功率開關(guān)管橋路以及直流回路組成。 當(dāng)不計(jì)功率開關(guān)管橋路損耗時(shí)，由交直流側(cè)功率平衡關(guān)系得 dcdc uiui ??? s （ 21） 式中 su 、 i —— 模型電路交流側(cè)電壓、電流 dcu 、 dci —— 模型電路直流側(cè)電壓、電流 由式（ 21）不難理解：通過模型電路交流側(cè)的控制，就可以控制其直流側(cè)，反之亦然。 穩(wěn)態(tài)條件下， PWM 整流 器交流側(cè)矢量關(guān)系如圖 22 所示。這樣可從圖 22 分析：當(dāng)以電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量為參考時(shí)，通過控制交流電壓矢量 ?abu 即可實(shí)現(xiàn) PWM 整流器的四象限運(yùn)行。當(dāng)電壓矢量端點(diǎn)位于圓軌跡 A 點(diǎn)時(shí)，電流矢量 ?I 比 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊