三相pwm整流电源设计(附件)
21世纪，电力电子行业在迅速发展的同时，各国也更注重绿色环保，主张高效、可持续发展。脉宽调制技术的研究有利于促进电力电子的高速发展。然而当前我国的主流PWM技术仍然有很大改进空间。本文基于当前社会研究背景下，对PWM整流器的拓扑结构、数学模型、硬件实现以及电感电容的选取进行了深入研究。并且通过建立仿真模型，将PWM整流器与传统方式的不可控整流进行比较，充分说明了PWM整流器的优越性。最后，对PWM整流器的软件设计和实现方法进行分析，从事实出发，提出了一套系统过压、过流保护装置。在Matlab的集成仿真Simulink下建立仿真模形，并借助仿真证实了该思想的可行性。关键词 脉宽调制，谐波，硬件
目 录
1 绪论 5
1.1 引言 5
1.2 PWM整流器的研究现状 6
2 PWM整流器的拓扑结构及数学模型分析 7
2.1 PWM整流器的基本原理 7
2.2 PWM整流器电路拓扑 15
2.3 三相PWM整流器动态数学模型 16
2.4 本章小结 20
3 PWM整流器的硬件实现 20
3.1 PWM整流器的主回路设计 20
3.2 LCL滤波器设计实例 23
3.3 信号处理电路设计 25
3.4 网侧电感与直流侧电容的选取原则 28
3.5 本章小结 33
4 PWM整流器的软件设计和实验 33
4.1 DSP控制软件程序流程图 33
4.1 主程序流程图 34
4.2 系统的硬件配置 35
4.3 系统的过压和过流保护 36
4.4 本章小结 37
结论 37
致谢 38
参考文献 39 1 绪论
1.1 引言
从上世纪开始 ，我国的电力电子技术蒸蒸日上 ，各种以脉宽调制技术控制的装置在我国的各行各业都有很多的应用。而PWM整流技术可以提高电力电子装备的性能，且具备环保、双向流动和直流电压可以调节的优点，更是引起了我国科学家的重视。我的文章主要讲的是一种能让电流在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
其中双向流动的装置，因为在这个装置中的能量在正反流动过程中都是使用PWM控制的，所以这个装置叫做PWM整流器。现在，我国采用的变频器多数都是在整理环节的工作下得到需要的直流电压，但是由于技术的不完善，当设备工作时,它会像电网一样输入大量的谐波和无功功率。造成了巨大的经济损失，也大大的限制了我国电力电子技术的发展。
经研究发现，“污染”对电网的影响表现在以下几个方面：
（1）谐波和无功功率增加了电网的设备和电线的损伤，使得电力在生产和传输过程中的效率降低，影响设备工作，降低设备的使用时间，这对电网的输出质量和正常工作有着极大的负面影响。
（2）谐波的存在使继电保护器这些自动运行的装备无法正常工作，让测出来的数据不准确，并且扰乱设备周边的电子通讯装置。
（3）谐波在导致电子系统发生部分震动的同时，还会加大谐波的比例。谐波电流会让我们的电压发生畸变，发生老化现象，损害设备的使用寿命甚至危害公共安全。而如果旋转的装置在用电时候有大量的谐波，可以造成设备发生抖动，还会产生大量噪音，让用电设备的寿命缩短的同时，变压器也会受到损害。
现在有两种可行的办法来治理“污染”：第一种方法是对电网环境进行清理，补偿无功功率；第二种办法则是优化当前的变流装置，进行技术升级，一劳永逸的解决污染问题。
从经济学角度出发，作为“污染”的缘由，研究高功率因数、低谐波含量的整流器是解决问题的重中之重，同时也是我国发展电力电子技术的当务之急。在我国科学家的努力下，PWM整流技术正在逐步完善，对国家的经济发展起到了重要作用。
PWM整流器具有以下优点:正弦波电流和低谐波,可调直流电压,双向能量流和可调功率因数。对电流进行更为环保高效的“绿色”转换，能够根本解决了“污染”问题，从而在各行各业都有着丰富的应用。现而今，我国在PWM整流器方面的研究比之发达国家还有很大的差距，尤其是在大功率的PWM整流器这一方面。PWM整流器这一课题包含了电力系统谐波治理、新能源利用、新型电力电子变换技术于一体，具有几位重要的现实价值，研究PWM整流器对于我国学术领域已经经济发展都有着重要的意义。
1.2 PWM整流器的研究现状
PWM整流器有很多种类，目前主要有五大类，其中又有十二个小的方面，如下图。这些整流器在主电路结构、控制策略、调制策略上各有特色。另外，对于PWM整流器的类别分别研究可以总结为图1.2所示。
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图1．1 PWM整流器的分类
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图1．2 PWM整流器的研究分类
1.2.1 PWM整流器拓扑结构的研究
脉宽调制(PWM)的主要工作原理是通过控制功率器件的“开”或“关”工作状态，获得一系列幅值相同但宽度不同的脉冲。脉冲可以根据一定的规律进行调节，输出电压和频率也可以被验证。将脉宽调制技术应用于三相整流器中，可以获得高功率、 功率因数低、谐波低的优质电流，满足整流器的要求。在正常情况下，电网输入电压波形为正弦波。
下图为三相PWM整流器的系统构造，硬件主电路由一个两电平三相三臂电路，三个网侧电感和一个直流侧总线电容器组成，三相桥臂由两个串联的IGBT开关器件组成，电网侧电感的主要作用为抑制电路纹波和控制网侧电流，直流侧的母线电容作为稳压滤波器，确保控制环路稳定。
主控制是整个控制的主导单元，其额外任务包括电压，电流，整个系统的温度保护以及当前的运行状态监视。PWM控制技术主要有电压控制PWM、电流控制PWM、空间电压矢量控制、谐振开关控制PWM等多种。
电压和电流采样单元的主要功能是使用模拟电路将电压和电流放在电网侧和直流侧电压、负载电流等状态变量转换为主控制单元控制芯片可以检测到的电压范围，它决定了整个系统的采样误差和系统精度，并在整个系统的正常运行中起着十分重要的作用。驱动单元是将主控制单元产生的PWM驱动信号转换成实际可用于驱动开关器件的电压信号，以控制开关器件的开通或者关断，某些驱动单元还具有保障功能，例如开关器件的过压和过流。电压电流采样单元和驱动单元都需要实现控制电路和电源电路的分离。辅助供电单元的主要功能是将电网的交流电压转换成匹配其余各单元使用的电压，为其余单元供电。
目 录
1 绪论 5
1.1 引言 5
1.2 PWM整流器的研究现状 6
2 PWM整流器的拓扑结构及数学模型分析 7
2.1 PWM整流器的基本原理 7
2.2 PWM整流器电路拓扑 15
2.3 三相PWM整流器动态数学模型 16
2.4 本章小结 20
3 PWM整流器的硬件实现 20
3.1 PWM整流器的主回路设计 20
3.2 LCL滤波器设计实例 23
3.3 信号处理电路设计 25
3.4 网侧电感与直流侧电容的选取原则 28
3.5 本章小结 33
4 PWM整流器的软件设计和实验 33
4.1 DSP控制软件程序流程图 33
4.1 主程序流程图 34
4.2 系统的硬件配置 35
4.3 系统的过压和过流保护 36
4.4 本章小结 37
结论 37
致谢 38
参考文献 39 1 绪论
1.1 引言
从上世纪开始 ，我国的电力电子技术蒸蒸日上 ，各种以脉宽调制技术控制的装置在我国的各行各业都有很多的应用。而PWM整流技术可以提高电力电子装备的性能，且具备环保、双向流动和直流电压可以调节的优点，更是引起了我国科学家的重视。我的文章主要讲的是一种能让电流在 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
其中双向流动的装置，因为在这个装置中的能量在正反流动过程中都是使用PWM控制的，所以这个装置叫做PWM整流器。现在，我国采用的变频器多数都是在整理环节的工作下得到需要的直流电压，但是由于技术的不完善，当设备工作时,它会像电网一样输入大量的谐波和无功功率。造成了巨大的经济损失，也大大的限制了我国电力电子技术的发展。
经研究发现，“污染”对电网的影响表现在以下几个方面：
（1）谐波和无功功率增加了电网的设备和电线的损伤，使得电力在生产和传输过程中的效率降低，影响设备工作，降低设备的使用时间，这对电网的输出质量和正常工作有着极大的负面影响。
（2）谐波的存在使继电保护器这些自动运行的装备无法正常工作，让测出来的数据不准确，并且扰乱设备周边的电子通讯装置。
（3）谐波在导致电子系统发生部分震动的同时，还会加大谐波的比例。谐波电流会让我们的电压发生畸变，发生老化现象，损害设备的使用寿命甚至危害公共安全。而如果旋转的装置在用电时候有大量的谐波，可以造成设备发生抖动，还会产生大量噪音，让用电设备的寿命缩短的同时，变压器也会受到损害。
现在有两种可行的办法来治理“污染”：第一种方法是对电网环境进行清理，补偿无功功率；第二种办法则是优化当前的变流装置，进行技术升级，一劳永逸的解决污染问题。
从经济学角度出发，作为“污染”的缘由，研究高功率因数、低谐波含量的整流器是解决问题的重中之重，同时也是我国发展电力电子技术的当务之急。在我国科学家的努力下，PWM整流技术正在逐步完善，对国家的经济发展起到了重要作用。
PWM整流器具有以下优点:正弦波电流和低谐波,可调直流电压,双向能量流和可调功率因数。对电流进行更为环保高效的“绿色”转换，能够根本解决了“污染”问题，从而在各行各业都有着丰富的应用。现而今，我国在PWM整流器方面的研究比之发达国家还有很大的差距，尤其是在大功率的PWM整流器这一方面。PWM整流器这一课题包含了电力系统谐波治理、新能源利用、新型电力电子变换技术于一体，具有几位重要的现实价值，研究PWM整流器对于我国学术领域已经经济发展都有着重要的意义。
1.2 PWM整流器的研究现状
PWM整流器有很多种类，目前主要有五大类，其中又有十二个小的方面，如下图。这些整流器在主电路结构、控制策略、调制策略上各有特色。另外，对于PWM整流器的类别分别研究可以总结为图1.2所示。
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图1．1 PWM整流器的分类
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图1．2 PWM整流器的研究分类
1.2.1 PWM整流器拓扑结构的研究
脉宽调制(PWM)的主要工作原理是通过控制功率器件的“开”或“关”工作状态，获得一系列幅值相同但宽度不同的脉冲。脉冲可以根据一定的规律进行调节，输出电压和频率也可以被验证。将脉宽调制技术应用于三相整流器中，可以获得高功率、 功率因数低、谐波低的优质电流，满足整流器的要求。在正常情况下，电网输入电压波形为正弦波。
下图为三相PWM整流器的系统构造，硬件主电路由一个两电平三相三臂电路，三个网侧电感和一个直流侧总线电容器组成，三相桥臂由两个串联的IGBT开关器件组成，电网侧电感的主要作用为抑制电路纹波和控制网侧电流，直流侧的母线电容作为稳压滤波器，确保控制环路稳定。
主控制是整个控制的主导单元，其额外任务包括电压，电流，整个系统的温度保护以及当前的运行状态监视。PWM控制技术主要有电压控制PWM、电流控制PWM、空间电压矢量控制、谐振开关控制PWM等多种。
电压和电流采样单元的主要功能是使用模拟电路将电压和电流放在电网侧和直流侧电压、负载电流等状态变量转换为主控制单元控制芯片可以检测到的电压范围，它决定了整个系统的采样误差和系统精度，并在整个系统的正常运行中起着十分重要的作用。驱动单元是将主控制单元产生的PWM驱动信号转换成实际可用于驱动开关器件的电压信号，以控制开关器件的开通或者关断，某些驱动单元还具有保障功能，例如开关器件的过压和过流。电压电流采样单元和驱动单元都需要实现控制电路和电源电路的分离。辅助供电单元的主要功能是将电网的交流电压转换成匹配其余各单元使用的电压，为其余单元供电。
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