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1、摘要近年来，随着科技的提升以及人们对电能品质的须要，许多的谐波和无功污染被传统的整流方式送入电网，如今在当下社会已经不适合。但是三相电压型PWM整流器有网侧单位功率因数且可调整，谐波含量很少，电流正弦化和电能双向传输等长处，能原理上处理谐波和无功问题，而不是治标不治本。因此成为了电力电子技术研究中的受欢迎的专研方向。本文主要研究内容是三相PWM整流器的控制策略仿真。先引见三相PWM整流器研究背景，然后介绍PWM整流器原理以及主电路拓扑结构，建立三相整流器数学模型。使用MATLAB/Simulink对基于间接电流控制和滞环电流控制还有三角波跟踪电流控制这三种控制方法的设计进行详细仿真，对仿真结果
2、进行分析，求出系统传递函数，判别系统会不会波动，即能否稳定。改变系统参数，分析电流追踪能力。再由仿真模型设计电路，设计比例电路、PI调节器、加法器、乘法器等电路，用运放模拟电路等实现三相PWM整流器。关键词：三相电压型PWM整流器、间接电流控制、滞环电流控制、simulink、传递函数AbstractIn recent years, with the progress of science and technology and peoples demand for power quality, the traditional rectification mode has brought a l
3、ot of harmonic and reactive power pollution to the power grid, which is no longer suitable for the current society. However, three-phase voltage type PWM rectifier has the advantages of grid-side unit power factor and adjustable, low harmonic content, sinusoidal current and two-way power transmissio
4、n, etc., which can fundamentally solve the problem of harmonic and reactive power. Therefore, it has become a hot research topic in power electronics technology research.The main content of this paper is the simulation of control strategy of three-phase PWM rectifier. Firstly, the research backgroun
5、d of three-phase PWM rectifier is introduced, then the principle of PWM rectifier and the topology of main circuit are introduced, and the mathematical model of three-phase PWM rectifier is established. MATLAB/Simulink is used for detailed simulation of indirect current control and hysteresis curren
6、t control. The simulation results are analyzed to obtain the transfer function of the system and judge whether the system is stable. Then the circuit is designed by the simulation model, the proportional circuit, PI regulator, adder, multiplier and other circuits are designed, and the three-phase PW
7、M rectifier is realized by the operational amplifier analog circuit.Keywords: three-phase voltage type PWM rectifier, indirectcurrent control, hysteresis current control, simulink, transfer function目次摘要 IAbstract II目次 III1. 绪论 11.1 PWM整流器研究背景与意义 11.2 PWM整流器研究概况 11.3 本文主要研究内容 32. PWM整流器原理及数学模型 42.1 P
8、WM整流器原理 42.2 三相电压型PWM整流器主电路拓扑结构 52.3 三相PWM整流器数学模型 63. 主电路参数选择 83.1 交流侧电感选择 83.2 直流侧电容设计 83.3 直流侧电压的选择 93.4 功率开关器件的选择 94. 间接电流控制 104.1 间接电流控制原理 104.2 PI调节器 124.3 间接电流控制仿真 135. 直接电流控制 205.1 滞环电流控制原理 205.2 滞环电流控制仿真 215.3 三角波跟踪电流控制原理 245.4 三角波跟踪电流控制仿真 255.5 三种控制方法比较 286. 控制电路硬件设计 296.1 直流电压采样电路 296.2 交流
9、电流采样电路 296.3 模拟电路实现控制电路 307. 结论 331. 绪论1.1 PWM整流器研究背景与意义伴随着科技的进步，以及人们对绿色能源的须求，人们对能源的供给要求愈发变高。然而现今传统能源依旧以煤炭等能源为主，电能是使用最普遍的能源之一，这些能源都存在污染问题。在电网中存在大量的变流设备，像逆变电源、变频器等。它们需要直流电压，利用二极管不控整流电路或者晶闸管整流电路来得到，因此这些变流器都不是不存在整流环节，因为应用了这些导致了有大量无功功率以及谐波被加进电网，给电网带来污染。净化这种污染的最主要道路是使交流侧电流变成正弦波同时单位功率运转。随着PWM技术的疾速进步，PWM整流
10、器降生在这个世界。PWM整流器有着很多为人称道的长处，例如谐波小、结构简单、频率高、控制简单、交流侧电流正弦化、单位功率因数等。它的特性使它能解决电网污染问题，因此它成为现在的研究热点。如今PWM整流器被大批使用于对电网污染的净化，使得电网利用率大幅提高，对PWM整流器的应用是很有须要的。1.2 PWM整流器研究概况PWM整流器从上世纪80年代研究开端，主要是研究自关断器件，使之成熟不再得不到应用。1982年，Busse Alfred、Holtz Joachim实现了电流型整流器交流侧单位功率因数正弦波18，利用可关断器件作为PWM整流器拓扑构造，提出了幅相控制。1984年，Akagi Hir
11、ofumi等发明了无功补偿器的控制策略，该策略基于PWM整流器拓扑结构18。到上世纪80年代末，PWM整流器模型被提出。20 世纪 90 年代以来，学术界关注和研究的热点一直包括PWM 整流器。随着专研的进一步深化以及科技的提升，PWM整流器和控制策略的缺陷被弥补，性能被提升。由于人们对PWM整流器拓扑结构及控制的专研，使得相关技术应用专研迅速发展，这反过来推动了PWM整流器的发展。通过这么长时间的发展，PWM整流器技术并未倒退，亦或者停步不前，PWM整流器的欠缺已经被完善，功能强大。PWM整流器主电路所用开关元器件从当初的半控型被替换为现在的全控型，更加容易控制。现在开关控制方式也变成了软开
12、关调制，功率达到兆瓦级，比以前的千瓦级提升了千倍，和以前的硬开关控制相比也更加灵活，控制效果更好。目前2种不同的在主电路上有区别的电流型整流器（CSR）和电压型PWM整流器(VSR)都已经成功运用在实际生产生活中。目前，PWM整流器主要集中于这些目标：（1）PWM整流器的建模与分析；（2）电压型PWM整流器如何用电流控制18；（3）主电路拓扑结构研究；（4）系统控制策略研究；（5）电流型PWM整流器研究18。目前PWM整流器控制策略：（1）间接电流控制间接电流控制，也就是幅相控制，为了控制输出，整流器前端输入点电压的幅值和相位被控制，这样输入电流就能被控制，实现整流6-7。（2）直接电流控制直
13、接电流控制有电流闭环，为了能控制输出，网侧电流闭环被建立，先求出交流输入电流指令值，实际电流被拿来和得到的指令值进行作对比，使得实际电流值疾速追踪指令值9，达到控制目标。直接电流控制系统的动态能力不会比静态性能差。性能不会比间接电流差，都很好。（3）直接功率控制直接功率控制DPC的被控量是功率，先计算有功和无功功率，计算值被拿来与给定值作对比，开关管由此得到控制，实现整流2-9。（4）电压空间矢量(SVPWM)控制技术SVPWM控制策略控制整流器是按照整流器空间电压或者电流矢量切换来控制开关管12-14。（5）开关模式逻辑电流控制开关模式逻辑电流控制为了实现整个控制过程，它运用了比较器和逻辑运
14、算，挑选一个开关模式作为输出。这个开关模式和一个空间矢量映照，空间矢量是和指定的电压矢量离得最不远的。使用一种新颖的非调制方案一开关模式电流控制，因为运用了矢量控制的原理，所以能够选取最优的开关模式来消除电流误差11。还有其他很多很有益的控制策略。目前PWM整流器研究发展方向主要围绕以下几个方向：（1）提高交流侧输入交流电流的非畸变率，减小电流畸变其对电网的不利影响（2）一般要求交流侧输入交流电流的总谐波畸变率不高于5%在整个负载波动范围内。（3）通过减少系统的动态响应过程，加强系统的动态响应能力。（4）提高整个设备的效率经过降低系统各部分的开关损耗。（5）减小直流侧电压纹波系数，使直流电压利
15、用率增大，扩大调制波的控制范围（6）使直流侧滤波器体积减小，减轻重量1.3 本文主要研究内容本文主要专研内容是三相电压型PWM整流器的控制策略仿真。先引见电压型PWM整流器原理，分析主电路拓扑结构，建设三相PWM整流器数学模型。设计380VAC/50Hz输入、600VDC输出且输出功率5kW的三相PWM整流器。使用MATLAB/Simulink对基于间接电流控制和滞环电流控制还有三角波跟踪电流控制这三种方法的设计进行详细仿真，对仿真结果进行分析，求出系统传递函数，判别系统会不会震荡，能否稳定。改变系统参数，分析电流追踪能力。再由仿真模型设计电路，设计比例电路、PI调节器、加法器、乘法器等电路，用模拟电路运放等实现三相PWM整流器控制电路。2. PWM整流器原理及数学模型2.1 PWM整流器原理
