三相pwm整流器的仿真波形分析【字数：13398】
传统相控整流器无法使网侧电流保持正弦，控制效果差且容易导致电网波形失真。而PWM整流器能够使系统在单位功率因数下运行，大大提高了经济效益，减少电网“污染”，如今，PWM整流器成为人们关注的焦点。本文重点研究采用空间矢量控制的PWM整流器的仿真波形。通过搭建MATLAB仿真，首先分析了直流侧电压波形，通过对比调整电压环和电流环的比例增益后的仿真波形，得出了比例增益对系统的影响，并验证了系统是否可运行于单位功率因数下，其次，加入了负载扰动，分析了其对系统造成的干扰，最后，搭建了PWM整流器的四象限运行的仿真模块，给出了电压与电流的波形，验证了PWM整流器能量的确可以双向流动。
目录
1.绪论 1
1.1背景及意义 1
1.2现状及趋势 2
1.3本文的主要内容 3
2. 三相PWM整流器的拓扑结构及数学模型 4
2.1引言 4
2.2 PWM整流器的拓扑介绍 4
2.2.1单相PWM整流器的拓扑结构 4
2.2.2三相PWM整流器拓扑结构介绍 5
2.3三相PWM整流器的数学模型 5
2.3.2两相旋转数学模型 7
3. 三相PWM整流器控制系统的研究 11
3.1引言 11
3.2电压、电流双闭环设计 11
3.2.1电流内环的简化 11
3.2.2 电流调节器的设计 13
3.2.3电压外环的设计 14
3.3三相PWM整流器网侧电流的控制方式 16
3.3.1 间接电流控制 17
3.3.2 直接电流控制 17
3.4 空间矢量PWM控制 18
3.4.1 SVPWM的基本原理 18
3.4.2空间矢量的合成 20
3.4.3占空比的计算 22
3.4.4 扇区的判断 22
4.MATLAB仿真以及波形分析 24
4.1主电路分析 24
4.2子电路分析 25
4.3仿真波形分析 31
4.31电流内环，电压外内的比例增益对波形的影响 31 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.32 负载扰动对波形的影响 33
4.33 PWM的四象限运行 36
4.4总结 40
5.总结与展望 41
5.1 本次设计总结 41
5.2本次设计的不足 41
参考文献 42
致谢 43
1.绪论
1.1背景及意义
经过几次工业革命以后，人类进入了飞速发展的时代。21世纪以来，科技的不断进步带来的是各种能源的枯竭，以及生活环境的恶化。人们从追求速度向偏向绿色，清洁的方向转变。就电力电子领域而言，从最开始的电子管，发展到晶体管，再到晶闸管，再次发展到如今的IGBT，电力MOSFET等全控型器件，器件的性能在不断提高，人们也越来越关注于其效率以及是否为“绿色电能变换”。电力电子技术涉及的领域也不断扩大，从一开始的开关电源技术，到整流器技术，逆变器技术，再到统一潮流控制技术。电力电子技术是针对电能变换的技术：电能变为化学能，机械能，等各种其他形式的能。它的重点在于电能变换的效率，速度以及可靠性。如今电力电子技术，已经广泛出现于工业，交通运输，电力系统等各领域。
随着科技的不断进步，电力电子技术与人类生活的联系也越来越紧密。这进一步推动着人们去钻研，去探索电力电子领域，从而电力电子发展迅速，性能越来越高，种类越来越多，控制方式也越来越多样，从一开始的相控装置到PWM控制的电子器件，其可以完成电能的变换，整流器便是其中之一。顾名思义，整流器就是将AC转化为DC的装置，传统的相控整流器会给电网带来大量的谐波以及无功功率，造成电网的严重“污染”，功率因数降低，闭环控制时响应速度降低。为了从源头治理这种电网“污染”，控制整流器的网侧电流是非常关键的。采用全控型器件的整流器能使得网侧电流正弦并以单位功率因数运行，从而大大提高电网的经济效益，减少电网产生的污染。电网中产生“污染”的主要器件即整流器，大多数手段都是针对整流器去研究的。造成电网“污染”的源头即其网侧电流的控制方式。如今，PWM技术发展不断成熟，人们开始将PWM技术与整流器技术相结合。通过PWM技术，来控制整流拓扑中各开关管的通断，使得输出的电流保持正弦，控制效果，精度都有所改善。并且系统的动态响应速度，功率因数都进一步得到改善，最关键的是，PWM整流器不像相控整流器那样会给电网带来“污染”，真正实现了“绿色电能变换”，效率高，性能好，如今，在整流器领域中，普遍使用的都是PWM整流器。
目前有可逆PWM整流器和不可逆PWM整流器两种类型，区分它们的标志是能量是否可以正反两个方向流动。目前的PWM整流器几乎都是可逆整流器，都可以实现能量的正方向或负方向流动，既可以工作在整流状态，又可以工作在逆变状态。PWM整流器又有四种不同的工作状态，称PWM整流器的四象限运行，它取决于负载的性质，且常常用于电机的控制。PWM整流器的性能优越，污染小，虽然控制较相控整流器而言相对复杂，但其谐波少，污染小，真正实现了“能量的绿色转换”。PWM整流器的种类很多，但大致可分为电压型整流器和电流型整流器。其区分的标志即直流侧接的是电压源还是电流源。
随着人们愈发致力于PWM整流器，整流器在各方面都有所进步，比如拓扑结构，电流检测方式，开关速度等，但其中最为重要的还是网测电流的控制方式，因为它能够很大程度上影响系统的响应速度，效率，抗干扰性。网侧电流的控制其实就是开关管的控制，一些网侧电流控制策略其实最终控制的是开关管的通断。早期的固定开关频率控制，SPWM控制，它们的原理都是通过运算后产生的PWM波来控制电路拓扑中各个开管的通断，从而实现对电流控制，但其控制的速度较慢，且对负载扰动没有一定的抗干扰性，电流的偏差值较大。如今，利用电压、电流双闭环控制系统即可实现对电流的精准控制，只要电流给定值和实际值产生偏差，就立刻能通过反馈控制补偿这个偏差信号，使得电流始终为预设值，这种控制方式的抗干扰性大大提高，网侧电流的控制更加精准，直流侧的电压也更加稳定。
目录
1.绪论 1
1.1背景及意义 1
1.2现状及趋势 2
1.3本文的主要内容 3
2. 三相PWM整流器的拓扑结构及数学模型 4
2.1引言 4
2.2 PWM整流器的拓扑介绍 4
2.2.1单相PWM整流器的拓扑结构 4
2.2.2三相PWM整流器拓扑结构介绍 5
2.3三相PWM整流器的数学模型 5
2.3.2两相旋转数学模型 7
3. 三相PWM整流器控制系统的研究 11
3.1引言 11
3.2电压、电流双闭环设计 11
3.2.1电流内环的简化 11
3.2.2 电流调节器的设计 13
3.2.3电压外环的设计 14
3.3三相PWM整流器网侧电流的控制方式 16
3.3.1 间接电流控制 17
3.3.2 直接电流控制 17
3.4 空间矢量PWM控制 18
3.4.1 SVPWM的基本原理 18
3.4.2空间矢量的合成 20
3.4.3占空比的计算 22
3.4.4 扇区的判断 22
4.MATLAB仿真以及波形分析 24
4.1主电路分析 24
4.2子电路分析 25
4.3仿真波形分析 31
4.31电流内环，电压外内的比例增益对波形的影响 31 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.32 负载扰动对波形的影响 33
4.33 PWM的四象限运行 36
4.4总结 40
5.总结与展望 41
5.1 本次设计总结 41
5.2本次设计的不足 41
参考文献 42
致谢 43
1.绪论
1.1背景及意义
经过几次工业革命以后，人类进入了飞速发展的时代。21世纪以来，科技的不断进步带来的是各种能源的枯竭，以及生活环境的恶化。人们从追求速度向偏向绿色，清洁的方向转变。就电力电子领域而言，从最开始的电子管，发展到晶体管，再到晶闸管，再次发展到如今的IGBT，电力MOSFET等全控型器件，器件的性能在不断提高，人们也越来越关注于其效率以及是否为“绿色电能变换”。电力电子技术涉及的领域也不断扩大，从一开始的开关电源技术，到整流器技术，逆变器技术，再到统一潮流控制技术。电力电子技术是针对电能变换的技术：电能变为化学能，机械能，等各种其他形式的能。它的重点在于电能变换的效率，速度以及可靠性。如今电力电子技术，已经广泛出现于工业，交通运输，电力系统等各领域。
随着科技的不断进步，电力电子技术与人类生活的联系也越来越紧密。这进一步推动着人们去钻研，去探索电力电子领域，从而电力电子发展迅速，性能越来越高，种类越来越多，控制方式也越来越多样，从一开始的相控装置到PWM控制的电子器件，其可以完成电能的变换，整流器便是其中之一。顾名思义，整流器就是将AC转化为DC的装置，传统的相控整流器会给电网带来大量的谐波以及无功功率，造成电网的严重“污染”，功率因数降低，闭环控制时响应速度降低。为了从源头治理这种电网“污染”，控制整流器的网侧电流是非常关键的。采用全控型器件的整流器能使得网侧电流正弦并以单位功率因数运行，从而大大提高电网的经济效益，减少电网产生的污染。电网中产生“污染”的主要器件即整流器，大多数手段都是针对整流器去研究的。造成电网“污染”的源头即其网侧电流的控制方式。如今，PWM技术发展不断成熟，人们开始将PWM技术与整流器技术相结合。通过PWM技术，来控制整流拓扑中各开关管的通断，使得输出的电流保持正弦，控制效果，精度都有所改善。并且系统的动态响应速度，功率因数都进一步得到改善，最关键的是，PWM整流器不像相控整流器那样会给电网带来“污染”，真正实现了“绿色电能变换”，效率高，性能好，如今，在整流器领域中，普遍使用的都是PWM整流器。
目前有可逆PWM整流器和不可逆PWM整流器两种类型，区分它们的标志是能量是否可以正反两个方向流动。目前的PWM整流器几乎都是可逆整流器，都可以实现能量的正方向或负方向流动，既可以工作在整流状态，又可以工作在逆变状态。PWM整流器又有四种不同的工作状态，称PWM整流器的四象限运行，它取决于负载的性质，且常常用于电机的控制。PWM整流器的性能优越，污染小，虽然控制较相控整流器而言相对复杂，但其谐波少，污染小，真正实现了“能量的绿色转换”。PWM整流器的种类很多，但大致可分为电压型整流器和电流型整流器。其区分的标志即直流侧接的是电压源还是电流源。
随着人们愈发致力于PWM整流器，整流器在各方面都有所进步，比如拓扑结构，电流检测方式，开关速度等，但其中最为重要的还是网测电流的控制方式，因为它能够很大程度上影响系统的响应速度，效率，抗干扰性。网侧电流的控制其实就是开关管的控制，一些网侧电流控制策略其实最终控制的是开关管的通断。早期的固定开关频率控制，SPWM控制，它们的原理都是通过运算后产生的PWM波来控制电路拓扑中各个开管的通断，从而实现对电流控制，但其控制的速度较慢，且对负载扰动没有一定的抗干扰性，电流的偏差值较大。如今，利用电压、电流双闭环控制系统即可实现对电流的精准控制，只要电流给定值和实际值产生偏差，就立刻能通过反馈控制补偿这个偏差信号，使得电流始终为预设值，这种控制方式的抗干扰性大大提高，网侧电流的控制更加精准，直流侧的电压也更加稳定。
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