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1、毕业论文说明书三相PWM整流器的直接功率控制仿真研究计算机与控制工程学院1205044222何子奕学生姓名： 学号： 电气工程及其自动化学 院： 赵俊梅专 业： 指导教师： 2016 年 6 月三相PWM整流器直接控制摘要随着现代工业的发展，越来越多的目光落在了变流装置上，如逆变电源和高频开关等等，这些变流装置大多都需要整流装置的配合。传统整流器中不论是使用二极管的不控整流，还是使用晶闸管的相控整流都会在电网侧产生大量的谐波电流和电压，造成低功率因数、电网运行不经济等缺点。本文在此基础上，研究一种基于PWM波的整流控制技术，它可以使得交流侧输入的电压电流实现同相位，减小网侧中的谐波成分。这种控
2、制的实现是基于电路有功和无功功率的分析，这种技术就是直接功率控制，简称DPC。本文以电压型PWM整流器为模板，通过分析其拓扑图结构，建立了三相整流器在两相坐标系下的数学模型。通过学习和研究瞬时功率理论，在模型中加入了瞬时功率计算模块。设计两相电压u、u比较得到输入电压的相位。根据这些模块算法建立了PWM整流系统的控制模型。最后在MATLAB的simulink中建立了PWM整流器直接功率控制的仿真模型，整个控制系统采用双闭环系统反馈控制电流相位。原理是根据所采集的瞬时功率和电压相位信号推算出此时所需的输出电压，由开关表不同开关量对应的不同输出电压来选取整流器功率开关的通断顺序。关键词：PWM，整
3、流器，直接功率控制Direct control of three phase PWM rectifierABSTRACTWith the development of modern industry, more and more attention has been on the converter, such as inverter power and high frequency switch. Traditional rectifier, whether using diode rectifiers, or the use of thyristor tube of phase contr
4、olled rectifier will at the grid side produced a lot of harmonic current and voltage, resulting in low power factor, power grid operation without economic disadvantage. On the basis of this, this paper studies a kind of rectifier control technology based on PWM wave, which can make the input voltage
5、 and current of the AC side to achieve the same phase, and reduce the harmonic component in the network side. This technology is the direct power control, referred to as DPC.In this paper, a voltage type PWM rectifier is used as the template. By analyzing the structure of the topology, the mathemati
6、cal model of three-phase rectifier in the two-phase. By studying and studying instantaneous power theory, instantaneous power calculation module is added in the model. The phase of the input voltage is compared with the design of the two phase voltage ua and ub. According to these modules, the contr
7、ol model of PWM rectifier system is established.Finally, the simulation model of direct power control of PWM rectifier is established in MATLAB /Simulink. The whole control system adopts double closed loop system to control current phase. The principle is according to the acquisition of the instanta
8、neous power and phase voltage signal is calculated at the required output voltage, by the switching table corresponding to different switch quantity output different voltage to select rectifier power switch of the switching sequence.Key words: PWM, rectifier, direct power control中北大学2016届毕业设计说明书目 录1
9、 绪论11.1 研究的背景及意义11.2 PWM整流器的研究概况21.3 直接功率控制技术的发展现状21.4 毕业设计课题的任务和要求32 PWM整流器的分析设计52.1 三相PWM整流器的工作原理52.1.1 整流器主电路拓扑选择52.1.2 整流器的开关工作状态52.2 PWM整流器的数学模型62.2.1 三相电压在两相静止坐标系下的数学模型82.3 本章小结103 三相电压型PWM整流器直接功率控制策略103.1 三相PWM整流器直接功率控制理论103.2 直接功率控制系统的基本组成113.3 直接功率控制系统的工作原理123.3.1 电压、电流和功率的测量133.3.2 输入空间扇形区
10、划分133.3.3 功率滞环比较器143.3.4 开关状态表153.4 本章小结174 系统仿真及实验结果184.1 整流电路参数的设计184.1.1 直流侧电压选取184.1.2 交流侧电感选取194.1.3 直流侧电容选取224.2 仿真模型23第 页 共 页4.2 仿真波形304.3 本章小结34参考文献35致谢37第 页 共 页中北大学2016届毕业设计说明书1 绪论1.1 研究的背景及意义伴随着半导体科技的快速成长，电力电子装置在交通、工业、能源、运输等领域发挥了越来越重要的应用，其中整流电路可以把交变电压转换为直流电压或可调电压的一种设备1。整流电路一般由主电路、滤波器件和变压器件
11、构成。1970年以后，整流装置通常采用含有硅的整流二极管以及晶闸管组成。滤波器接在整流电路后面，但要在负载之前，用作滤出直流电压中的交流谐波。变压器的设置与否要根据实际情况的不同做出改变。变压器的作用是电隔离。它可以减小电路两侧电压和电流之间的影响，使得整个系统运行在更稳定的状态，在一定程度上保证整流供电的可靠性。整流电路通过对晶闸管触发相位的控制，从而达到控制输出直流电压的目的，所以这种电路又称之为相控整流电路。这种整流电路的工作机理是当电压到达自然换相点时自然换相，不需要专门设置驱动电路，所以其的使用起来简单方便、稳定可靠，是以在直流电机的转速调节、同步电机的励磁调节、工业制炼、电镀等范围
12、得到广泛的使用。当相控角较大时，电压电流的相位偏差很大，无法实现单位功率因数运行，网测电流中谐波成分较大。此外，一般的整流环节通常采用二极管搭建的不控整流电路或是使用晶闸管的相控整流电路，这样做的好处是可以简单方便的实现整流，但是单纯的使用二极管或晶体管会在电网中产生大量的谐波电流和无功功率损失，造成严重的电网“污染”。如何提高整流电路的功率因数（实现单位化）、消弭谐波电流已经成为电力电子这门技术中的重要目的，伴随着以PWM整流设备的出现防治这种电网“污染”最有效的解决途径就是，使得变流装置不产生谐波电流，使得电网内电流的正弦化并且实现较高的功率因数。因为PWM整流器可以使电网内电流处于正弦波
13、输入，并且运行于单位功率因数从而减小电网中的感性无功，最终实现能量的两向流动2，做到电源绿色无污染，因此开发PWM整流器实现单位功率控制成为解决问题的关键。风能的大量应用是人类社会迈向新纪元的一个重要标志，其原理是利用风力带动迎风的叶片旋转，再利用提速装置将旋转的速度提升，来促进发电机发电。由于风力发电机得到的风力是非恒定的，因此其输出的电压是一个变化值，需要经过整流设备整流，再对蓄电瓶充电，把风电能变为化学能。然后经过有源逆变将化学能变为220V的交流市电，保证稳定的使用。我国风能资源丰富，如不加以利用会造成极大的资源浪费，因此将PWM整流技术运用到风能发电系统中就变得尤为重要3。在整个风力
14、发电系统中，风电整流技术是很重要的一个环节，为了不造成资源的浪费，使用整流器实现单位功率因数的改变就变得尤为重要。1.2 PWM整流器的研究概况 PWM控制技术是从逆变技术和直直斩波电路中发展出来的，随着全控开关器件的不断完善，PWM控制技术在整流电路里也开始应用了。对于电压型整流器实施PWM控制有两个目的：第一，保持中间回路直流电压在允许范围；第二，使变压器一次侧的功率因数接近于1，即输入正弦电压电流，且输入电流量可以和电压的波形保持在相同相位的关系4。针对一般的系统，要实现PWM整流器正常工作，需要同时控制直流侧输出电压和交流侧输入电流，直流输出电压作为外环控制量，交流输入电流作为内环控制
15、量。想要让PWM整流器在单位功率因数运行，可以通过很多控制方法实现。根据是否测量电流值作为反馈量，反馈控制可以划分为两类：直接电流控制和间接电流控制。在直接电流控制系统里，通过直流电压控制环节求出交流电流给定量，同时检测交流电流反馈值，由电流给定值与反馈值比较的结果决定开关元件的开关状态，从而达到对交流电流的直接控制，且使其跟踪电流的给定值。控制系统是两个闭环控制系统。其中外环控制环节是直流电压控制，内环控制采用交流电流控制环结。直流电压给定值ud*和直流电压实际采样值ud做差，将结果送入PI调节器。达到稳态时，ud与ud*相等，PI调节器的输入恢复到0。1.3 直接功率控制技术的发展现状在1990年以后，国外的研究人员发现了一种将瞬时有功功率和无功功率用于PWM变换器闭环控制系统中的新型控制策略，该控制方法的基理是用对照开关表的方式选择合适的
