发布时间 : 星期日 文章三相电压型pwm整流器设计 本科学位论文更新完毕开始阅读b613622876232f60ddccda38376baf1ffc4fe3a5
三相电压型PWM整流器设计 第2章 三相电压型PWM整流器的拓扑结构与工作原理
从电力电子技术发展来看，整流器是较早应用的一种AC/DC 的变换装置。整流器的发展经历了由不控整流器、相控整流器到PWM整流器的发展历程。PWM整流器已对传统的二极管及相控整流器进行了全面改进，其关键性的改进在于用全控型功率开关器件取代了二极管或半控型功率开关器件，以PWM整流器取代了不控整流或者相控整流，从而使得PWM整流器具有了网侧电流正弦控制、网侧功率因数控制、电能双向流动及较快的动态控制响应等优良性能。
2.1 三相电压型PWM整流器的主电路拓扑结构
三相电压型PWM整流器主电路拓扑结构如图2-1所示。三相电压型PWM整流器的主体包括电压源型整流器和串联连接在电网中的三个大小相等的控制电感L。三个控制电感L一端连接在三相电源，另一端连接在电压源型整流器的输入端。电压源型整流器由智能功率模 IPM(Intelligent Power Module)和直流母线电容C组成。另外，由三个电阻在三个控制电感与三相电源连接处构造电压参考点O。
idcKaLBLiLKbKcAia?t?三相电源aib?t?CRL2.2 三相电压型PWM整流器的工作原理
对三相电压型PWM整流器的控制，旨在稳定直流侧电压的同时，实现其交流侧在受控功率因数条件下的正弦波电流控制。由于交流电感的滤波作用，整流器交流侧的输入可近似认为是三相正弦电流，直流侧有大电容稳压，输出呈直流电压源特性，稳态时
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CRRRLbic?t?Vdcc?Ka?KbKc?O图2-1 三相电压型PWM整流器主电路
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三相电压型PWM整流器设计 输出直流母线电压可认为保持不变。由于交流滤波电感等效电阻及开关器件损耗等效电阻较小，在忽略交流滤波电感及开关器件等效电阻的条件下，根据三相电压型PWM整流电路拓扑结构，三相电压型PWM整流器的单相等效电路和相量图如下所示。
LEV
图2-2 单相等效电路
q&EI&V&LV&
图2-3 整流状态向量图
V&I&V&Lq&E
图2-4 逆变状态向量图
在图2-3 与图2-4中，E为电网电动势的电压相量，V为三相电压型PWM整流器的网侧电压相量， VL为交流滤波电感两端间的电压相量，I为交流电源输出的电流相量。
由图2-3和图2-4可见，适当控制V的大小和E之间的相位角?，就能控制输入电流I的大小与相位，就能控制整流器传送能量的大小，就控制了直流侧电压，就能够控制功率因数，甚至实现能量的双向流动。
如何控制输入电流，得到理想的功率因数以及实现能量的双向流动，根本任务在于得到各功率开关器件的控制规律和通断时间。PWM技术已广泛应用于整流系统以提高功率因数并改善电流波形。本文基于空间电压矢量脉宽调制原理，通过空间电压矢量PWM控制，在整流器交流侧生成幅值、相位受控的正弦PWM电压。该电压与电网电动势共同作用于整流器交流侧，在整流器交流侧形成正弦基波电流，谐波电流则由整流
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三相电压型PWM整流器设计 器交流侧电感滤除。
在传统的相位幅值控制方式中，在功率因数为1时，控制角与控制电压矢量V的计算是完全根据矢量图并依赖于主电路参数如下式：
2V?（I?L）?E2 (0-1) (0-2)
??arctanI?L E式中?为交流电源电压的角频率,I为交流电源的电流的幅值,V为整流器的网侧控制电压幅值，E为交流电源电压的幅值, ?为控制相位角, L为网侧滤波电感值。
由式(2-1)和(2-2)的运算量较大并且与主电路参数相关联，不易实现实时控制，系统存在受主电路参数影响的局限性。本文提出的控制方法是将PI调节器的输出作为相位角?的给定，而相位角?作为被指对象的输入变量，依据能量守恒原则和系统的调节关系以及矢量关系确定控制算法，这样就实现了对整流器网侧控制电压V的相位的控制，系统闭环结构框图如图2-5所示。
abcU*dc+-UdcdqPI控制器 eaebecuaDqub移相??u*a??e?j???u*b空间电压矢量调制 直流电压检测
图2-5 系统闭环结构框图
对于网侧控制电压幅值，根据空间电压矢量脉宽调制控制原理有：
m?3VdcV*
(0-3)
式中m为SVPWM调制系数 (m?l)，Vdc为直流母线电压，V*为调制电压空间矢量。
令V*=E， 由式(2-3)得
m?3Vdc8
E (0-4)