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1、太原理工大学 硕士学位论文 三相电压型PWM整流器的研究与设计 姓名：刘翔 申请学位级别：硕士 专业： 指导教师：张爱玲 20100527 太原理工大学硕士研究生学位论文 I 三相电压型 PWM 整流器的研究与设计 摘 要 与二极管不可控整流或相控晶闸管整流器相比，PWM 整流器具有网侧电 流对称正弦、单位功率因数运行、能量能够双向流动的优点。本文在电网平衡 和电网不平衡两种条件下，对三相电压型 PWM 整流器进行了软件设计与系统 实验。 本文通过三相软件锁相环实现对电网电压相位的获取与同步， 研究中提出 了利用 PI 调节器输出的误差角频率与 2812 定时器计数值的对应关系，产生定 时器周
2、期中断，在中断程序中加固定角度，达到锁相的目的。实验结果表明了 该方法的可行性。通过增加限流电阻与软件编程解决了 PWM 整流器在硬件、 软件上的启动问题。在此基础上，就电网电压平衡条件下，进行了稳态和动态 性能实验。实验结果表明本文设计的三相电压型 PWM 整流器实现了交流侧电 流对称正弦， 直流电压恒定跟随给定值， 单位功率因数运行以及能量双向流动。 针对电网电压不平衡的运行条件， 本文深入研究了三相电压型 PWM 整流 器不平衡条件下正、负序电量关系、三相电压型 PWM 整流器的数学模型以及 电网电压不平衡条件下三相 PWM 整流器的控制策略。在此基础上，利用 MATLAB 仿真工具建立
3、了基于正、负序旋转坐标系下双电流控制系统的仿真 模型。仿真结果表明，其一采用抑制网侧交流负序电流的不平衡控制策略，改 善了三相电压型 PWM 整流器交流侧电流波形，使其三相电流基本对称。其二 采用基于抑制直流侧电压谐波控制策略，基本消除了三相电压型 PWM 整流器 直流电压 2 次谐波。 太原理工大学硕士研究生学位论文 II 电网电压不平衡条件下完成了三相电压型 PWM 整流器实验。实现了电网 不平衡电压的分离， 为电网电压不平衡条件下的PWM整流器实验奠定了基础。 采用正序、 负序两套同步旋转坐标系的独立控制方案较好抑制了直流侧电压谐 波，实现了无静差控制，能够比较好地减少不平衡电网中 2
4、次谐波带来的谐波 污染，提高了控制系统的跟踪性能和抗干扰性能。 关键词：整流器，不平衡电网，软件锁相环，TMS320F2812，仿真 太原理工大学硕士研究生学位论文 III THE RESEARCH AND DESIGN ON THREE-PHASE VOLTAGE SOURCE PWM RECTIFIER ABSTRACT Compared with diode uncontrollable rectifier and phased thyristor rectifier, PWM rectifier has the advantage of symmetrical sinusoidal A
5、C current, unity power factor operation and two-way flow of energy. In this paper, the soft-ware of three-phase voltage source PWM rectifier which has been tested is designed both in the condition of power balance and the condition of power imbalance. In this paper, the obtain and synchronization of
6、 the phase of network voltage is achieved by three-phase software PLL. The method is using the correspondence between PI regulator output error of the angular frequency and the 2812 the timer counts to Generate periodic interrupt timer and add a fixed angel during the interruption process, by which
7、it would achieve the purpose of phase-locked. The experimental result proves the scheme is feasible. By increasing the current limiting resistor and software programming, it overcomes the start-up problem of PWM rectifier in hardware and software. In the condition of balance power voltage, the stead
8、y state and dynamic state performance test is conducted. The results show that the three-phase voltage source PWM rectifier achieve the symmetrical sinusoidal AC current, DC voltage following a given constant value, unity power factor operating condition and energy flowing in both directions. 太原理工大学
9、硕士研究生学位论文 IV This paper deeply studied the relationship of three-phase voltage source PWM rectifiers positive and negative sequence of electric parameters, the mathematical model of three-phase voltage source PWM rectifier and the control strategy of three-phase voltage source PWM rectifier under co
10、ndition of unbalanced network voltage. On this basis, the model of dual current control system based on the positive and negative sequence current rotating coordinate is established by using MATLAB simulation tools. The results firstly show that the control strategy of inhibiting the negative sequen
11、ce imbalance current of network could improves the current waveform of three phase voltage source PWM rectifier that makes the three phase current Symmetry. Secondly, the results show that the control strategy of inhibiting the harmonic of DC side eliminate the second harmonic of DC voltage in three
12、-phase voltage source PWM rectifier. It completes the part of three-phase voltage source PWM rectifiers experiment under the condition of imbalance network voltage. Achieve the separation of the imbalance voltage which establishes basis for the experiment of PWM rectifier under the condition of unba
13、lance voltage.It is true that controlling independently using double coordinate system is better in restraining DC voltage harmonic than using identical system. Thus, realizing non-convalesce error, reducing harmonic and energy loss caused by the twice harmonic in asymmetry power system, obtaining q
14、uickly following performance and high resistive performance. 太原理工大学硕士研究生学位论文 V KEY WORDS：PWM rectifier, Asymmetry power system, Software Phase-locked Loop (SPLL), TMS320F2812, Simulation 太原理工大学硕士研究生学位论文 IX 符号说明 名名 称称 符符 号号 单单 位位 交流侧电压 v 伏特（V） 交流侧电流 i 安培（A） 交流电动势 e 伏特（V） 网侧电感 L 亨利（H） 负载电动势 eL 伏特（V） 直
15、流侧电容 C 法拉（F） 直流侧电压 vdc 伏特（V） 直流侧电流 idc 安培（A） 电网电动势的 d 轴分量 ed 伏特（V） 电网电动势正序 d 轴分量 P d e 伏特（V） 电网电动势负序 d 轴分量 N d e 伏特（V） 电网电动势的 q 轴分量 eq 伏特（V） 电网电动势正序 q 轴分量 P q e 伏特（V） 电网电动势负序 q 轴分量 N q e 伏特（V） 交流侧电流矢量的 d 轴分量 id 安培（A） 交流侧电流矢量的 q 轴分量 iq 安培（A） 交流侧电压矢量的 d 轴分量 vd 伏特（V） 交流侧电压矢量的 q 轴分量 vq 伏特（V） a 相网侧基波电压的有
16、效值 Ea 伏特（V） 整流时 a 相基波电流有效值 Ia 安培（A） 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 PWM 整流器概述 1.1 PWM 整流器概述 在全球进入 21 世纪后，随着政治、经济、社会的发展，人们渐渐地重视起了能源和环 保，他们也慢慢地成为了关注的焦点。然而大多数的变频器都为交流直流交流电压型 结构，其中变频器的前半部分整流器也大多数为二极管不可控整流。人们通过对这种 传统结构的使用和研究，总结出了该结构具有许多不足和缺点1,2： (1)当采用上述传统结构时，它将使得三相电网的网侧交流电流波形畸变，所含的谐波 幅值大、次数多，对实际的公共电网造成污染，使得公共电网出现不平衡现象。在使用不 可控器件进行整流时，交流侧输入电流畸变且非正弦化，因此电网侧电流的高次谐波影响 电网的运行；而传统的三相相控整流器在额定工作状态下，在交流侧没有使用滤波器，输 入的交流电流谐波含量将高达到 28%以上，严重影响和损坏周围的用电设备。 (2)当整流器运行在深度相控状态时，电网侧功率因数低，同时有大量的无功功率注入 电网，使得发
