三相电压型PWM整流器及控制-PPT课件
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三相电压型PWM整流器(VSR)及其控制策略的..._图文(精)
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ｗｈｉｃｈｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒ，ｄｉｏｄｅ－ｂｒｉｄｇｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒｌａｒｇｅｌｙｕｓｅｄｔｏｏｒｐｈａｓｅ．ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｒｅｃｔｉｆｉｅｒ，ａｒｅｐｒｏｖｉｄｅｄｏｓｏｕｒｃｅｆｏｒｔｈｅｉｎｖｅｒｔｅｒｓ，ＣａＵＳｅｔｈｅｓｅｒｉｏｕｓｈａｒｍｏｎｉｃｐｒｏｂｌｅｍｏｆｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙ，ｌｏｗｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ，ａｎｄｔｏｉｎｐｕｔｓｉｄｅ，ｅｖｅｎｉｆｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｌｏａｄｓ，ｉｎｐｕｔＣａｎ’ｔｆｅｅｄｂａｃｋｐｏｗｅｒｃｕｒｒｅｎｔｉｓｎ’ｔｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｗａｖｅｆｏｒｍａｎｄｔｈｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｉｓｎ’ｔｕｐ
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＴｈｒｅｅ－・ｐｈａｓｅＶｏｌｔａｇｅＰＷＭＲｅｃｔｉｆｉｅｒａｎｄＴｈｅ
ＣｏｎｔｒｏｌＳｔｒａｔｅｇｉｅｓ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｗｉｔｈｔｈｅｓｅｒｉｏｕｓｐｒｏｂｌｅｍｏｆｈａｒｍｏｎｉｃｓｐｏｌｌｕｔｉｏｎｔｏｔｈｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ａｓｗｅｌｌ勰ｔｈｅｎｅｅｄｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＡＣｄｒｉｖｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒｓｈａｖｅｂｅｅｎ弱ａｃｔｉｖｅｒｅｓｅａｒｃｈｔｏｐｉｃｉｎｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＰＷＭｔｏｒｅｃｅｎｔｌｙ．ｄｕｅｔｈｅｖｉｒｔｕｅｓ，ｓｕｃｈａｓｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｉｎｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｓ，ｕｎｉｔｙｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ，ｓｔｅａｄｙｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅ，ｇｏｏｄｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄｂｉｎ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｅｎｅｒｇｙｆｌｏｗ．
接着，论文结合瞬时无功功率理论和交流电机理论中矢量控制，提出了ＰＷＭ整流器的电压空间矢量控制，详细的分析其具体实现，并进行了基于Ｍａｔｌａｂ中的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的仿真研究，仿真结果验证了该控制方法的可行性。文章的最后对滞环电流和电压空间矢量这两种控制方法进行了对比比
ｗｈｉｃｈｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒ，ｄｉｏｄｅ－ｂｒｉｄｇｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒｌａｒｇｅｌｙｕｓｅｄｔｏｏｒｐｈａｓｅ．ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｒｅｃｔｉｆｉｅｒ，ａｒｅｐｒｏｖｉｄｅｄｏｓｏｕｒｃｅｆｏｒｔｈｅｉｎｖｅｒｔｅｒｓ，ＣａＵＳｅｔｈｅｓｅｒｉｏｕｓｈａｒｍｏｎｉｃｐｒｏｂｌｅｍｏｆｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙ，ｌｏｗｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ，ａｎｄｔｏｉｎｐｕｔｓｉｄｅ，ｅｖｅｎｉｆｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｌｏａｄｓ，ｉｎｐｕｔＣａｎ’ｔｆｅｅｄｂａｃｋｐｏｗｅｒｃｕｒｒｅｎｔｉｓｎ’ｔｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｗａｖｅｆｏｒｍａｎｄｔｈｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｉｓｎ’ｔｕｐ
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ＣｏｎｔｒｏｌＳｔｒａｔｅｇｉｅｓ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
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接着，论文结合瞬时无功功率理论和交流电机理论中矢量控制，提出了ＰＷＭ整流器的电压空间矢量控制，详细的分析其具体实现，并进行了基于Ｍａｔｌａｂ中的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的仿真研究，仿真结果验证了该控制方法的可行性。文章的最后对滞环电流和电压空间矢量这两种控制方法进行了对比比
三相电压型PWM整流器建模及控制
三相电压型PWM 整流器建模及控制摘要：本文通过基尔霍夫定律完成了对三相电压型PWM 整流器在三相静止对称坐标系下的数学建模。
并通过MATLAB/SIMULINK 仿真工具对其数学模型进行了仿真验证，可以看出，仿真验证的结果证明了模型的准确性和可靠性。
而后又介绍了一种直接电流控制方法即传统的双闭环PID 控制，并进行了仿真分析。
1 基于基尔霍夫定律对三相VSR 系统建模三相电压型PWM 整流器的电路拓扑结构如图1-1所示。
图中a u 、b u 、c u 为三相交流电源，L 和C 分别为滤波电感和滤波电容，R 是滤波电感的等效电阻，s R 是开关管的等效电阻。
记网侧三相交流电流分别为a i 、b i 、c i ，整流电流为dc i ，流过负载电阻的电流为L i ，负载两端电压为dc v 。
i Le i L图1-1 三相电压型PWM 整流器电路图针对三相VSR 一般数学模型的建立，通常作以下假设： (1) 电网电动势为三相平衡的正弦波电动势(a u ，b u ，c u )。
(2) 网侧滤波电感L 是线性的，且不考虑饱和。
(3) 功率开关管损耗以电阻s R 表示，即实际的功率开关管可由理想开关与损耗电阻s R 串联等效表示。
(4) 为描述VSR 能量的双向传输，三相VSR 其直流侧负载由L R 和直流电动势L e 串联表示。
当直流电动势0L e =时，三相VSR 只能运行于整流模式；当L dce v >时，三相VSR 既可运行于整流模式，又可运行于有源逆变模式；当L dc e v <时，三相VSR 则运行于整流模式。
为分析方便，定义单极性二值逻辑开关函数k s 为10k s ⎧=⎨⎩上桥臂导通，下桥臂关断上桥臂关断，下桥臂导通(,,)k a b c = (1-1)将三相VSR 功率开关管损耗等效电阻s R 和交流滤波电感等效电阻l R 合并，记 s l R R R =+，采用基尔霍夫电压定律建立三相VSR a 相回路方程为()aa a aN NO di LRi u v v dt+=-+ (1-2) 当1S 导通而2S 关断时，1a s =，且aN dc v v =；当1S 关断而2S 导通时，开关函数0a s =，且0aN v =。
【全面版】三相电压型 PWM 整流器原理及控制方法PPT文档
三相电压型 PWM 整流器系统结构图 复位电路采用按键手动复位。
两相电流 传感器
电源 模块
开关器件驱动
直流电压，电流
空基 圆间本，矢 原从量理 而P就 形W是 成M把S(VS三PV相WPWMPWM波)M。控整制流策器略输是入根端据电整压流在器复空平间面电上压转矢换量为切空换间来电控压制矢整与量流保，器护通电的S过V路一P不种W同新M的波的开形控关制状策态略组传。合感构器成8个空间矢量去逼近电压
三相电压型PWM整流
器的拓扑结构如右图所示，
其中在所示的电路中三相电
感L起滤波作用，因此交流 ua ia R
侧电流可近似认为是三相正 弦电流，C为直流侧电容，
ub ib N uc ic
R R
起稳压滤波的作用，当系统
稳定时，可保持直流母线电
压基本不变，故可看作是直
流电压源。R为线路与开关
管的等效电阻，RL为负载。
pW,pV,pU V51+ 的 MPI 接 F F u u 0 0 71C 1 1 0 C1 K 0 01R2 3 C Fu1.0 5 CFu1.0 2 T U O V 5 D 1 N 8 7G 3 N I V F 2 u C 1 1 V51+ F 76 85 u 0 1 3 C3 955PLT 43 21 CCV EGDIRB 0 4 7 R2 7 0 4 7A9U 21 1 J 2NOC MWP
- 直流侧电压
开关管交
流入侧电的压输由此可以看出， PWM整流器的交流回 路的组成有电网电源， 开关管交流侧输入电 压，交流侧电感。
空间矢量PWM(SVPWM)控制策略是根 据整流器空间电压矢量切换来控制整流器的 一种新的控制策略。基本原理就是把三相 PWM整流器输入端电压在复平面上转换为空 间电压矢量，通过不同的开关状态组合构成8 个空间矢量去逼近电压圆，从而形成 SVPWM波。
三相整流优秀PPT课件PPT课件
t
2
d
(t
)
U2 R
1
2
5
6
a
3 4
cos
2a
1 4
sin
2a
晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即
U RM 2 3U 2 6U 2 2.45U 2
晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即
UFM 2U 2
2-19
（二） 电感性负载
1 工作原理
当α≤30º 时的工作情况与电阻性负载相同，输出电压ud波形、uT波形也 相同。由于负载电感的储能作用，输出电流id是近似平直的直流波形，晶闸管 中分别流过幅度Id、宽度2π/3的矩形波电流，导通角θ=120º。
2 参数计算
•
由 值
于α=60º是输出电压U 应分两种情况计算：
d
波
形
连
续
和
断
续
的
分
界
点
，
输
出
电
压
平
均
(1) α≤60º
Ud
1
/3
2 3
a
a
当α＞30º 时，假设α=60º，VT1已经导通，在u相交流电压过零变负后， VT1在负载电感产生的感应电势作用下维持导通，输出电压ud＜0，直到VT2 被触发导通，VT1承受反向电压关断，输出电压ud＝uv。
显然，α=90º时输出电压为零，所以移相范围是0º～90º。
显然，晶闸管承受的最大正反向电压是变压器二次线电压的峰值。
交流测由三相电源供电。 负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、容易滤波。 基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电 路应用最广 。
三相电压源型 PWM 整流器控制
优点：不依赖被控对象的精确模型，具有较强的鲁棒性和白适应性，能够克服模型参数变化和非线性等不确 定因素；算法简单，响应速度快，实现容易;能在准确性和简洁性之问取得平衡，可有效地对复杂系统做出判断和 处理。缺点：缺乏分析和设计控制系统的系统方法，只能用经验和反复的试探来设计控制器，非常耗时低效；不 能保证规则库的完整性，且白适应能力有限；常规模糊控制只相当于PD控制器，控制精度不高，稳态精度低，甚 至可能振荡 。
三相电压源型 PWM 整流器控制
电气工程术语
01 背景
目录
02
电压源型整流器的双 环控制方式
03
电压源型整流器的控 制方法
04
电压源型整流器控制 方法的实际应用
05
PWM整流器控制技术 的发展趋势
06 结语
控制技术对提高三相电压源型PWM整流器性能非常重要。根据并交流信号不同，电压源型整流器又可分为电 压控制和电流控制。由于电流控制的方法简单、直接，且具有限流和短路保护作用，因此使用比较广泛。电压源 型整流器的电流控制方案一般采用以直流电压为外环、交流电流为内环的双环控制结构。根据电流内环是否引入 交流电流反馈，可分为直接、间接两种电流控制，由于直接电流控制响应速度快，鲁棒性好，占主导地位。
由于智能控制不需要建立PWM整流器的数学模型，因而也被引入到整流器控制中，但智能控制还很不成熟， 基本还停留在仿真阶段。
虽然现代的非线性和智能两类控制都还不成熟，但随着它们控制技术的进一步发展和逐步成熟，无疑它们具 有良好的应用前景。
PWM整流器控制技术的发展趋势
自20世纪80年代开始PWM整流器研究以来，PWM整流器控制虽已取得了很多成果，但仍不完善。它的发展趋势 大致可归结为以下几个方面 。
结语
三相电压源型 PWM 整流器控制
电气工程术语
01 背景
目录
02
电压源型整流器的双 环控制方式
03
电压源型整流器的控 制方法
04
电压源型整流器控制 方法的实际应用
05
PWM整流器控制技术 的发展趋势
06 结语
控制技术对提高三相电压源型PWM整流器性能非常重要。根据并交流信号不同，电压源型整流器又可分为电 压控制和电流控制。由于电流控制的方法简单、直接，且具有限流和短路保护作用，因此使用比较广泛。电压源 型整流器的电流控制方案一般采用以直流电压为外环、交流电流为内环的双环控制结构。根据电流内环是否引入 交流电流反馈，可分为直接、间接两种电流控制，由于直接电流控制响应速度快，鲁棒性好，占主导地位。
由于智能控制不需要建立PWM整流器的数学模型，因而也被引入到整流器控制中，但智能控制还很不成熟， 基本还停留在仿真阶段。
虽然现代的非线性和智能两类控制都还不成熟，但随着它们控制技术的进一步发展和逐步成熟，无疑它们具 有良好的应用前景。
PWM整流器控制技术的发展趋势
自20世纪80年代开始PWM整流器研究以来，PWM整流器控制虽已取得了很多成果，但仍不完善。它的发展趋势 大致可归结为以下几个方面 。
结语
三相相控整流电路 ppt课件
变压器为三角形／星形联 结，三只整流管的三个阳极分 别接到变压器二次侧，阴极连 在一起接到负载端，称为共阴
接法。
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3ppt课件4来自直流平均电压值为整流输出电压ud和管子二端电压uD的波形在调试 与维修时很有用，根据波形可判断各元件的工作是否正 常以及故障出在何处。
ppt课件
5
二、三相半波相控整流电路
• 同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，
VT5与VT2，脉冲相差180。
ppt课件
24
（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样， 故该电路为6脉波整流电路。
（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲
• 可采用两种方法：一种是宽脉冲触发
另一种是双窄脉冲触发（常用）
（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，
6
3
2U 2
sin
td (t )
36
2
U2
cos
1.17U 2
cos
当a=0时，Ud最大，为
。 （2-14）
（2）α>30时，负U载d电流Ud断0 续1.，17晶U2闸管导通角减小， 此时有：
1
Ud 2
6
2U 2
sin
td (t )
32
2
U2
1
晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。
ppt课件
25
二、三相桥式半控整流电路
为防止失控，也要加续流二极管。
ppt课件
26
当控制角时输出 电压波形： 波形特点： 当α＜30o 时， 一周期有一大一 小6个波头。
ppt课件
27
当控制角α≥60o 时输出电压波形 只剩3个波头， 处临界连续；当 控制角α＝120o 时输出电压波形 如图。 移相范围：180o
第二节：三相整流电路精品PPT课件
ia 为正；
ia
uab
uac
● 在VT4 处于通态的120 期间：
O
ωt
ia 的形状与同时段 ud 波形相同， 但 ia 为负值；
图2－20 三相桥式全控整流 电路带电阻负载 a ＝ 30 时的波形
ud1 a = 30°ua
ub
uc
O ωt1
ωt
ud2
u g1,6 u g2,1 u g3,2 u g4,3 u g5,4 u g6,1 u g1,2
ud
ⅠⅡ
uab uac
uⅢbc
Ⅳ
uba
Ⅴ
uca
Ⅵ
ucb
uab uac
ωt
O1
O
ωt
a
uVT1
uab uac ubc uba uca ucb uab uac
O
ωt
ia
uab
uac
O
ωt
★ a＝60 时工作情况
ud1 a = 60°ua
ub
uc
● ud 波形中每段线电压的波
wt1 O
wt
形继续后移； ● ud平均值继续降低；
输出电压 ud＝ ua
a)
★ 在ωt2 处，VD2导通；
输出电压 ud＝ ub
★ 在ωt3 处，VD3导通；
输出电压 ud＝ uc
b)
★ 相电压正半周交点处被称为：
u
a =0
u
a
2
T a
b
c u
d
u
uR
b
c
O wt
wt
wt
1
2
3
共阴极接法的自然换相点
u
G
c)
第6章3高频PWM整流器32PPT演示课件
功功率和无功功率在交流电源和直流侧电压 V0之间的双向流动
•34
2、控制过程分析：
①整流电压VD的控制: 引入电压V0的负反馈，形成电压反馈闭环控制， 自动调节输出直流电压V0为要求值，电压调节 器采用PI。
·I s · U·AB
U·s
·
· UL
·
·
UR
•26
② Vi超前VS相角
Is与Vs的相位正好相反 变换器工作在逆变状态
·Is ·UAB
U·s
UL U·R
③Vi滞后Vs的相位
·
Is
· Us
Is超前Vs90 变换器向交流电源送出无功功率
·Is
· UAB
U·s
④ 控 制 Vi的 相 位 和 幅 值
·
可 使 is比 VS超 前 或 滞 后 任 一 角 度 UAB
②电流型PWM整流器应用不广泛的原因
◇电流型整流器输出电感的体积、重量和损耗比 较大
◇常用的现代全控器件IGBT，P-MOSFET都是有反 并联二极管反向自然导通的开关器件，为防止电 流反方向流动而必须再串联一个二极管，因此， 主电路构成不方便，且通态损耗大。
•19
2、2 交流 直流双向变换器工作原理 （1）三相大功率相控整流器主要缺点； ①对公用交流电网产生大量谐波电流并在电网中
· UL
UR
U·L U·R
可 控 制 功 率 因 数 为 任 意 正 或 负 的 指 令 值
•27
◆ 将Vs分解d轴分量和q轴分量
则 Vid Vi cos Vs xIq RId Viq Vi sin xId RIq
若忽略电阻R
Vid Vi cos Vs xIq
•28
无功电流
•34
2、控制过程分析：
①整流电压VD的控制: 引入电压V0的负反馈，形成电压反馈闭环控制， 自动调节输出直流电压V0为要求值，电压调节 器采用PI。
·I s · U·AB
U·s
·
· UL
·
·
UR
•26
② Vi超前VS相角
Is与Vs的相位正好相反 变换器工作在逆变状态
·Is ·UAB
U·s
UL U·R
③Vi滞后Vs的相位
·
Is
· Us
Is超前Vs90 变换器向交流电源送出无功功率
·Is
· UAB
U·s
④ 控 制 Vi的 相 位 和 幅 值
·
可 使 is比 VS超 前 或 滞 后 任 一 角 度 UAB
②电流型PWM整流器应用不广泛的原因
◇电流型整流器输出电感的体积、重量和损耗比 较大
◇常用的现代全控器件IGBT，P-MOSFET都是有反 并联二极管反向自然导通的开关器件，为防止电 流反方向流动而必须再串联一个二极管，因此， 主电路构成不方便，且通态损耗大。
•19
2、2 交流 直流双向变换器工作原理 （1）三相大功率相控整流器主要缺点； ①对公用交流电网产生大量谐波电流并在电网中
· UL
UR
U·L U·R
可 控 制 功 率 因 数 为 任 意 正 或 负 的 指 令 值
•27
◆ 将Vs分解d轴分量和q轴分量
则 Vid Vi cos Vs xIq RId Viq Vi sin xId RIq
若忽略电阻R
Vid Vi cos Vs xIq
•28
无功电流
三相PWM整流器研究_图文(精)
毕业设计（论文）题目 PWM整流器的设计学院（系）：专业班级：学生姓名：指导教师：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本学位论文属于1、保密囗，在10年解密后适用本授权书2、不保密囗。
（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日本科生毕业设计(论文任务书学生姓名：专业班级：指导教师工作单位设计(论文题目: PWM整流器的设计设计（论文）主要内容：熟悉整流的原理，对整流技术进行综述、比较，并设计出整流器硬件电路和软件程序。
要求完成的主要任务:（1）外文资料翻译不少于20000印刷符；（2）查阅相关文献资料（中文15篇，英文3篇）；（3）掌握整流的原理；（4）撰写开题报告；（5）熟悉整流技术国内外的研究现状、目的意义；（6）对整流技术进行综述、比较；（7）计出整流器硬件电路和软件程序。
；（8）绘制的电气图纸符合国标；（9）撰写的毕业设计（论文）不少于10000汉字。
必读参考书：[1] 王兆安，黄俊.电力电子技术.第4版.北京：机械工业大学出版社，2007[2] 杨荫福，段善旭，朝泽云.电力电子装置及系统.北京：清华大学出版社，2006[3]张崇巍，张兴.PWM整流器及其控制.北京：机械工业大学出版社，2003指导教师签名系主任签名院长签名(章本科学生毕业设计（论文）开题报告20世纪90年代发展起来的智能型功率模块(IPM开创了功率半导体开关器件新的发展方向。
三相电压型PWM整流器(VSR)及其控制策略的..._图文(精)
图卜１三相不控整流桥电压型逆变器
Ｆｉｇｌ一１Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒａｎｄｎｏｎ－ｃｏｎｔｒｏｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒ
在交一直一交变频调速系统中（图１－１），整流侧一般采用不控整流桥，并假定中间直流侧的电压是固定不变的，逆变侧采用脉宽调制控制技术去产生变频，变幅的输出电压以控制交流电动机的转速。这种类型的系统有以下不足之处：
（１）在不控整流侧，输入电流是非正弦的。因此，电流的高次谐波注入电网，造成干扰问题，引起公害；
（２）由于器件结构的单向性，能量只能从整流侧到逆变侧传递，使系统不能在再生状态下运行，其动态性能受到限制。恸均卜／Ｉ
ｌ
工
图１－２晶闸管反并联电压型逆变器
Ｆｉｇｌ－ｅＴｈｙｒｉｓｔｏｒｉｎｖｅｒｓｅｐａｒａｌｌｅｌｖｏｌｔａｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒ
陕西科技大学硕士学位论文
（２＞谐波影响各种电气设备的正常工作；
（３）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振；
（４）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确；（５）谐波会对临近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
本ＩＩｊ－工婚ｌ
陕西科技大学硕士学位论文
原创性声明及关于学位论文使用授权的声明
原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。
陕西科技大学
硕士学位论文
三相电压型PWM整流器（VSR）及其控制策略的研究
Ｆｉｇｌ一１Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒａｎｄｎｏｎ－ｃｏｎｔｒｏｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒ
在交一直一交变频调速系统中（图１－１），整流侧一般采用不控整流桥，并假定中间直流侧的电压是固定不变的，逆变侧采用脉宽调制控制技术去产生变频，变幅的输出电压以控制交流电动机的转速。这种类型的系统有以下不足之处：
（１）在不控整流侧，输入电流是非正弦的。因此，电流的高次谐波注入电网，造成干扰问题，引起公害；
（２）由于器件结构的单向性，能量只能从整流侧到逆变侧传递，使系统不能在再生状态下运行，其动态性能受到限制。恸均卜／Ｉ
ｌ
工
图１－２晶闸管反并联电压型逆变器
Ｆｉｇｌ－ｅＴｈｙｒｉｓｔｏｒｉｎｖｅｒｓｅｐａｒａｌｌｅｌｖｏｌｔａｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒ
陕西科技大学硕士学位论文
（２＞谐波影响各种电气设备的正常工作；
（３）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振；
（４）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确；（５）谐波会对临近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
本ＩＩｊ－工婚ｌ
陕西科技大学硕士学位论文
原创性声明及关于学位论文使用授权的声明
原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。
陕西科技大学
硕士学位论文
三相电压型PWM整流器（VSR）及其控制策略的研究
三相pwm整流器及其控制原理
三相pwm整流器及其控制原理
哎呀，说起三相PWM整流器跟它的控制原理，这可真是个技术活儿啊。
咱们四川人说话喜欢直接，就先给大家说说这整流器是咋回事儿。
三相PWM 整流器啊，就是能把交流电变成直流电的一种装置，它里头用到了PWM技术，也就是脉冲宽度调制技术，这样弄出来的直流电就稳定多了。
再来说说陕西方言版的吧。
三相PWM整流器，那就是个把交流电变成直流电的神奇玩意儿。
它的控制原理啊，说起来也简单，就是通过调整PWM信号的宽度，来控制整流器输出的直流电的稳定性和精度。
这技术啊，现在可是越来越成熟了，用起来也放心。
最后咱们再来个北京话版的。
这三相PWM整流器啊，可是个高科技产品，它能把交流电转化成直流电，而且转化得特别稳定。
它的控制原理嘛，就是通过调整PWM信号的占空比，来控制整流器的输出。
这占空比啊，就像咱们北京的炸酱面里的酱和面的比例一样，得刚刚好，才能做出好吃的面来。
所以这PWM信号的调整啊，也是得恰到好处，才能保证整流器的性能达到最佳。
总的来说啊，这三相PWM整流器是个挺实用的东西，它的控制原理虽然听起来有点复杂，但其实就是通过调整PWM信号来实现的。
不管是四川话、陕西方言还是北京话，说起来都是一个意思，就是要让这整流器工作得更稳定、更高效。
三相整流电路 PPT
V1承受的是线电压uab；V3导通时，V1承受的是线电压uac。其
它两只晶闸管上的电压波形形状与此相同，只是相位依次相差 120°。
u2
＝
30° ua
ub
uc
ua
t
(a )
1
0 t0
t2
t3
t
u g
(b )
u g1
u g2
u g3
u g1
0
t
u i
d d
(c )
0
t
iV 1
(d )
0
t
u V 1 u ac
当α≤30°时，电流电压连续，输出直流电压平均值Ud为
U d21 /3 6 5 6 2 U 2 sitnd (t) 1 .1U 7 2 cos
0°≤α≤30°
式中U2φ为变压器次级相电压有效值。
当30°＜α≤150°时，电路输出电压ud、输出电流id波形断 续，如图2-3所示，导通角θ=150°-α。可求得输出电压的平均
0°≤α≤30°
IVU R 2 d 21 56 43co2s1 4si2 n
0°≤α≤150°
（4） 从图2-1(f)可看出，晶闸管所承受的最大反向电压为
电源线电压峰值
2U。2
6，U 2最 大正向电压为电源相电压峰值， 即
2.1.2 大电感负载
u
d
＝ 60°
ub
uc
ua
0
t
(b)
三相整流电路
2.1 三相半波相控整流电路
2.1.1 电阻性负载 三相半波(又称三相零式)相控整流电路如图2-1(a)所示。 图
中TR是整流变压器，可直接由三相四线电源供电。 三只晶闸 管的阴极连在一起， 称为共阴极接法， 这在触发电路有公共 线时连接比较方便， 因此得到了广泛应用。
它两只晶闸管上的电压波形形状与此相同，只是相位依次相差 120°。
u2
＝
30° ua
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t
(a )
1
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t2
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t
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u g2
u g3
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0
t
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(c )
0
t
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(d )
0
t
u V 1 u ac
当α≤30°时，电流电压连续，输出直流电压平均值Ud为
U d21 /3 6 5 6 2 U 2 sitnd (t) 1 .1U 7 2 cos
0°≤α≤30°
式中U2φ为变压器次级相电压有效值。
当30°＜α≤150°时，电路输出电压ud、输出电流id波形断 续，如图2-3所示，导通角θ=150°-α。可求得输出电压的平均
0°≤α≤30°
IVU R 2 d 21 56 43co2s1 4si2 n
0°≤α≤150°
（4） 从图2-1(f)可看出，晶闸管所承受的最大反向电压为
电源线电压峰值
2U。2
6，U 2最 大正向电压为电源相电压峰值， 即
2.1.2 大电感负载
u
d
＝ 60°
ub
uc
ua
0
t
(b)
三相整流电路
2.1 三相半波相控整流电路
2.1.1 电阻性负载 三相半波(又称三相零式)相控整流电路如图2-1(a)所示。 图
中TR是整流变压器，可直接由三相四线电源供电。 三只晶闸 管的阴极连在一起， 称为共阴极接法， 这在触发电路有公共 线时连接比较方便， 因此得到了广泛应用。
三相电压型PWM整流器及控制ppt课件
Rib
Ldib dt
up
updEdLddditRdiLqi upqEqLidRiqLdditq
id*
+
Ed Liq upd
1
PI
LS R
id
iq*
+
-
Eq Lid upq
1
iq
PI
LS R
~
ud* +
ud
AUR id*
tg*
ia,b,c
id、iq检测
iq id
~
AC负载 AC电源
ARU
INU
V0 Cf
R0
AC负载
a) 不带制动回路的情况
b〕带制动回路的情况
图1 普通交-直-交变频器构造图
缺陷：
一，由于二极管的单导游电性能，能量只能单相传输，电机制动 的再生能量无法回馈给电网，四象限运转时需加制动回路。
二，网侧电流波形严重畸变，呵斥电网功率因数较低，由于整流 采用二极管整流，因此，最高功率因数大约为0.9左右。
传统的相控整流器虽然运用时间较长，技术也较 成熟，且被广泛运用，但依然存在很多问题: 晶闸管换相引起网侧电压波形畸变。 网侧谐波电流对电网产生谐波“污染〞。 深控时网侧功率因数降低。 闭环控制时动态呼应相对较慢。 二极管整流器改善了整流器网侧功率因数，但 仍会产生网侧谐波电流； 它的缺乏还在于其直流电压的不可控性。
L R
ud +
负载
它在控制系统中没有引入电流闭环，而是根据电路阻抗特
性，用数学的方法替代电流闭环作用。虽然它动态呼应稍
慢，还存在瞬态直流电流偏移，但具有简单的控制构造和
良好的开关特性，便于微机实现，而且可靠性高。另外还
电压型三相PWM整流电路
通，uab ubc 0 ， uao 0 。
5
4.6 PWM整流电路及有源功率因数校 正技术（APFC）
6
电压型三相PWM整流电路*
采用乘法器的电路控制结构
控制电路的外环是电压环，内环为电流环。电压外环的输 出作为电流内环的正弦给定值，三相共用一个电压外环， 即三相电流的给定值相等。
考虑到三相对称，有 iU iV i，W 电0流取样只用两相，另一 相采用合成得到。
8
电压型三相PWM整流电路*
输入电感设计条件分析
考虑一个载波周期内电感电流波动峰值
对于每一相的输入电感Ls，在一个载波周期中的电流增量 （以U相输入为例）可以有如下表达：
iU
1 Ls fc
(
2Urms sin t Uao)
当
t
2
、
uaO
2 3
U
o
时，iU
达到最大值
iUm ，设计中一般
取相电流峰值的20％左右，即 iUm 0.2IUm 。
ucO uOa Uo
，
uaO ubO ucO 0
，则
uao
1 3
U
o
。
时区2：VT1、VT5、VT6有控制脉冲，则相应的三个桥臂导
通，uab Uo ，ubc Uo ，由于 uaO ucO 、uaO uOb Uo ，且有
uaO ubO ucO 0
，则
uao
1 3
U
o
。
时区3：VT1、VT3、VT5有控制脉冲，则相应的三个桥臂导
内环动态响应速度远高于外环，双环工作可以视为相对独 立，即处理外环时内环可以认为完全实时跟踪；处理内环 时，外环视作相对稳定。
7
图4－38 含有标量乘法器的三相PWM整流电路控制结构图 1－电压给定 2－电压调节器 3－输出直流电压检测 4－输入交流电压检测 5－交流电流检测 6－标量乘法器 7－电流调节器 8－控制门 9－保护电路 10－载波发生器 11－SPWM信号生成和处理器
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L i e v + vdc i电路
D E VL B
E A V
D
O’ V A I
O
C
O’
O VL B I
C
a) 纯电感特性运行
D E A V B O VL I C
O’
b) 正电阻特性运行
I V A E D VL O
O’
C
B
c) 纯电容特性运行 图5 PWM整流器交流侧稳态矢量关系
传统的相控整流器虽然应用时间较长，技术也较 成熟，且被广泛使用，但仍然存在很多问题:
晶闸管换相引起网侧电压波形畸变。
网侧谐波电流对电网产生谐波“污染”。 深控时网侧功率因数降低。 闭环控制时动态响应相对较慢。 二极管整流器改善了整流器网侧功率因数，但
仍会产生网侧谐波电流；
它的不足还在于其直流电压的不可控性。
La
uLa ea upa
φ ξ UPa
Ea
I
θ
UL
单相等效电路
直接电流控制
电流滞环控制 固定开关频率控制 电流矢量控制 状态反馈控制 无差拍控制 极点配置法 二次型最优控制 Lyapunov方法 非线性状态反馈控制……
共同特点: 有电流闭环，都具有不错的动、静态性能。 不过这些方案都需要两个宽带的交流电流传感器，有 的方案甚至还需要负载电流传感器。
三相电压型PWM 整流器及控制
PWM整流器的优点 PWM整流器的拓扑结构 PWM整流器的应用领域 PWM整流器的工作原理 PWM整流器的控制 PWM整流器主电路参数选择 PWM整流器控制系统的实现
1. PWM整流器的优点 普通交－直－交变频调速系统
ARU INU Cf
滞环电流控制 是基于瞬时电流反馈的一种常用的非线性控制方式，将 实测的三相电流与参考信号比较，然后根据比较器的输 出决定开关的状态。 优点:电流跟踪精度高，响应快。 缺点:开关频率不恒定。开关频率的变化会给驱动保护电 路以及主电路的设计带来困难，对系统性能也有影响。
* U d
-
P I
* I m
-
X L c o s ( ω t + 2 k π / 3 ) ( k = 0 , 1 , 2 )
R -
u R
+
+ u d R
L
+
负 载
它在控制系统中没有引入电流闭环，而是根据电路阻抗特 性，用数学的方法代替电流闭环作用。尽管它动态响应稍 慢，还存在瞬态直流电流偏移，但具有简单的控制结构和 良好的开关特性，便于微机实现，而且可靠性高。另外还 可省去两个高精度电流传感器。适用于对动态响应要求不 高场合，具有良好的工程实用价值。
L
+ C
d
统一潮流控制器
+
串 联 变 流 器
并 联 变 流 器
超导磁能存储
超 导 线 圈
太阳能、风能等可再生能源的并网发电
+
太 阳 电 池 阵 列
风 力 机 风 力 发 电 机 G
+
其它功能（新型UPS、高压直流输电）
4、 PWM整流器的工作原理
单位功率因数的含义： 整流状态时，网侧电压、电流同相。 逆变状态时，网侧电压、电流反相。 PWM整流器网侧电流及功率因数可控。
2、PWM整流器的拓扑结构
电压源型(VSR) 按主电路结构 电流源型(ISR) 两电平型整流器 从输出电平角度
直流脉动小，输入电流连 续且简单易行，成为当今 主要研究对象。
单相半桥 单相全桥 三相半桥 三相全桥 应用于大功率场合
三电平型整流器
T1
T3 C1
负 载
- +
us
L
C1
负 载
- +
us
L
T2
C2
T2
T4
C2
(a)单相半桥
Ua Ub Ra Rb La Upa Lb Lc Uc Rc
T1
T3
T5
(b)单相全桥
+
Rf -
a
Upb b Upc
Udc
Cf
c
T2
T4
T6
（C）三相半桥 图3常用单相和三相VSR变流器结构
3、PWM整流器的用途
交流传动
有源电力滤波及无功补偿
+
R 谐波 负载 C
ARU INU Cf
~
AC电源
AC负载
图2 双PWM结构交直交变频器
PWM整流器用全控型功率开关管取代了半控型功率开 关管或二极管，以 PWM 斩控整流取代了相控整流或 不控整流。把逆变电路中的 PWM 控制技术用于整流 电路，就形成了PWM整流电路。它的优势在于： 对交流电源侧，通过适当控制，可以使电网电流波形 接近于正弦，且和输入电压同相位，电网功率因数接 近于1 ，实现单位功率因数，最大程度地提高电网的 经济效益，减少电网对周围环境的电磁污染； 对直流侧，在电网电压或负载发生变化时，能够维 持直流中间电压的稳定，给电源侧逆变器提供良好的 工作条件； 可以实现牵引与再生制动工况间快速平滑地转换， 实现电能双向传输； 动态控制响应较快。
d) 负电阻特性运行
5、PWM整流器的控制
PWM整流器的控制实际上是对交流侧电流的控制。
三相VSR的控制技术按有没有引入电流反馈可以划分为 间接电流控制（幅相控制）和直接电流控制
间接电流控制
三 角 波
* u d+
P I
i d
u d -
U,B ,C s i n ( ω t + 2 k π / 3 ) A ( k = 0 , 1 , 2 )
* i a , b , c
U d
同 步 信 号
滞 环 比 较 器 i a , b , c
三 相 V S R
电流矢量控制 电流矢量控制可以直接控制系统的有功功率和无功功率，它 的核心思想是对三相VSR网侧电流的有功、无功分量进行独 立控制。
三 相 V SR
~
L
ia,b,c a,b,c d,q Id Iq I*d 6 I*q= 0 PI PI 解耦 算 法 负 载
ARU V0 INU Cf R0
~
AC电源
~
AC负载 AC电源
AC负载
a) 不带制动回路的情况 b）带制动回路的情况 图1 普通交-直-交变频器结构图
缺点： 一，由于二极管的单向导电性能，能量只能单相传输，电机制动 的再生能量无法回馈给电网，四象限运行时需加制动回路。 二，网侧电流波形严重畸变，造成电网功率因数较低，由于整流 采用二极管整流，因此，最高功率因数大约为0.9左右。
双PWM交－直－交变频调速系统 对于功率因数很低的整流器，有两种改进方法： 最直接的方法是采用无功补偿和消除谐波的滤波器，然 而这是一种事后补救的办法。 更为积极有效的方法是对整流器本身进行改进，使其尽 量不产生谐波，且电流和电压同相位。这种整流器称为高 功率因数整流器。PWM整流器就是一种高功率因数的整 流器。
D E VL B
E A V
D
O’ V A I
O
C
O’
O VL B I
C
a) 纯电感特性运行
D E A V B O VL I C
O’
b) 正电阻特性运行
I V A E D VL O
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C
B
c) 纯电容特性运行 图5 PWM整流器交流侧稳态矢量关系
传统的相控整流器虽然应用时间较长，技术也较 成熟，且被广泛使用，但仍然存在很多问题:
晶闸管换相引起网侧电压波形畸变。
网侧谐波电流对电网产生谐波“污染”。 深控时网侧功率因数降低。 闭环控制时动态响应相对较慢。 二极管整流器改善了整流器网侧功率因数，但
仍会产生网侧谐波电流；
它的不足还在于其直流电压的不可控性。
La
uLa ea upa
φ ξ UPa
Ea
I
θ
UL
单相等效电路
直接电流控制
电流滞环控制 固定开关频率控制 电流矢量控制 状态反馈控制 无差拍控制 极点配置法 二次型最优控制 Lyapunov方法 非线性状态反馈控制……
共同特点: 有电流闭环，都具有不错的动、静态性能。 不过这些方案都需要两个宽带的交流电流传感器，有 的方案甚至还需要负载电流传感器。
三相电压型PWM 整流器及控制
PWM整流器的优点 PWM整流器的拓扑结构 PWM整流器的应用领域 PWM整流器的工作原理 PWM整流器的控制 PWM整流器主电路参数选择 PWM整流器控制系统的实现
1. PWM整流器的优点 普通交－直－交变频调速系统
ARU INU Cf
滞环电流控制 是基于瞬时电流反馈的一种常用的非线性控制方式，将 实测的三相电流与参考信号比较，然后根据比较器的输 出决定开关的状态。 优点:电流跟踪精度高，响应快。 缺点:开关频率不恒定。开关频率的变化会给驱动保护电 路以及主电路的设计带来困难，对系统性能也有影响。
* U d
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P I
* I m
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X L c o s ( ω t + 2 k π / 3 ) ( k = 0 , 1 , 2 )
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u R
+
+ u d R
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它在控制系统中没有引入电流闭环，而是根据电路阻抗特 性，用数学的方法代替电流闭环作用。尽管它动态响应稍 慢，还存在瞬态直流电流偏移，但具有简单的控制结构和 良好的开关特性，便于微机实现，而且可靠性高。另外还 可省去两个高精度电流传感器。适用于对动态响应要求不 高场合，具有良好的工程实用价值。
L
+ C
d
统一潮流控制器
+
串 联 变 流 器
并 联 变 流 器
超导磁能存储
超 导 线 圈
太阳能、风能等可再生能源的并网发电
+
太 阳 电 池 阵 列
风 力 机 风 力 发 电 机 G
+
其它功能（新型UPS、高压直流输电）
4、 PWM整流器的工作原理
单位功率因数的含义： 整流状态时，网侧电压、电流同相。 逆变状态时，网侧电压、电流反相。 PWM整流器网侧电流及功率因数可控。
2、PWM整流器的拓扑结构
电压源型(VSR) 按主电路结构 电流源型(ISR) 两电平型整流器 从输出电平角度
直流脉动小，输入电流连 续且简单易行，成为当今 主要研究对象。
单相半桥 单相全桥 三相半桥 三相全桥 应用于大功率场合
三电平型整流器
T1
T3 C1
负 载
- +
us
L
C1
负 载
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C2
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C2
(a)单相半桥
Ua Ub Ra Rb La Upa Lb Lc Uc Rc
T1
T3
T5
(b)单相全桥
+
Rf -
a
Upb b Upc
Udc
Cf
c
T2
T4
T6
（C）三相半桥 图3常用单相和三相VSR变流器结构
3、PWM整流器的用途
交流传动
有源电力滤波及无功补偿
+
R 谐波 负载 C
ARU INU Cf
~
AC电源
AC负载
图2 双PWM结构交直交变频器
PWM整流器用全控型功率开关管取代了半控型功率开 关管或二极管，以 PWM 斩控整流取代了相控整流或 不控整流。把逆变电路中的 PWM 控制技术用于整流 电路，就形成了PWM整流电路。它的优势在于： 对交流电源侧，通过适当控制，可以使电网电流波形 接近于正弦，且和输入电压同相位，电网功率因数接 近于1 ，实现单位功率因数，最大程度地提高电网的 经济效益，减少电网对周围环境的电磁污染； 对直流侧，在电网电压或负载发生变化时，能够维 持直流中间电压的稳定，给电源侧逆变器提供良好的 工作条件； 可以实现牵引与再生制动工况间快速平滑地转换， 实现电能双向传输； 动态控制响应较快。
d) 负电阻特性运行
5、PWM整流器的控制
PWM整流器的控制实际上是对交流侧电流的控制。
三相VSR的控制技术按有没有引入电流反馈可以划分为 间接电流控制（幅相控制）和直接电流控制
间接电流控制
三 角 波
* u d+
P I
i d
u d -
U,B ,C s i n ( ω t + 2 k π / 3 ) A ( k = 0 , 1 , 2 )
* i a , b , c
U d
同 步 信 号
滞 环 比 较 器 i a , b , c
三 相 V S R
电流矢量控制 电流矢量控制可以直接控制系统的有功功率和无功功率，它 的核心思想是对三相VSR网侧电流的有功、无功分量进行独 立控制。
三 相 V SR
~
L
ia,b,c a,b,c d,q Id Iq I*d 6 I*q= 0 PI PI 解耦 算 法 负 载
ARU V0 INU Cf R0
~
AC电源
~
AC负载 AC电源
AC负载
a) 不带制动回路的情况 b）带制动回路的情况 图1 普通交-直-交变频器结构图
缺点： 一，由于二极管的单向导电性能，能量只能单相传输，电机制动 的再生能量无法回馈给电网，四象限运行时需加制动回路。 二，网侧电流波形严重畸变，造成电网功率因数较低，由于整流 采用二极管整流，因此，最高功率因数大约为0.9左右。
双PWM交－直－交变频调速系统 对于功率因数很低的整流器，有两种改进方法： 最直接的方法是采用无功补偿和消除谐波的滤波器，然 而这是一种事后补救的办法。 更为积极有效的方法是对整流器本身进行改进，使其尽 量不产生谐波，且电流和电压同相位。这种整流器称为高 功率因数整流器。PWM整流器就是一种高功率因数的整 流器。