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1、高功率因数的三相电压型整流器的研究,Central South University,目录页,contents,1、选题,高功率因数整流器,背景与意义,PWM整流器具有以下优良性能：(1)网侧电流近似正弦波(2)网侧功率因数控制(如单位功率因数控制)(3)电能双向传输，四象限运行(4)较快的动态响应,1、选题,研究内容,(1)整流器功率因数校正电路分析；(2)PWM整流器电路结构与工作原理分析；(3)数学建模与控制系统设计；(4)系统仿真与总结。,本课题的研究任务有：,2、主电路工作原理,2、PWM整流器工作原理,常用电路拓扑,图3常用单相和三相VSR变流器结构,(a)单相半桥,(b)单相全桥
2、,（C）三相半桥,2、主电路工作原理,2、PWM整流器工作原理,单相PWM整流电路,单相PWM整流电路,在电网电压正半周，桥路中由L、V2、VD4、VDI和L、V3、VDl、VD4组成两个升压斩波电路。在电网电压的负半周，L、V4、VD2、VD3和L、V1、VD3、VD2组成两组升压斩波电路。,2、PWM整流器工作原理,三相VSR原理,三相PWM整流电路,2、PWM整流器工作原理,三相VSR原理,开关函数相同，但有不同的导通回路。相同的开关函数，根据电流的方向不同则回路不同。,2、PWM整流器工作原理,三相VSR原理,a相开关函数波形,a相电压波形,直流输出电压波形,a相电流波形,建模目的,建
3、立数学模型是深入分析和研究PWM整流器的机理和动静态特性的重要方法。本章从低频和高频的角度,分别建立了VSR在三相静止坐标系、两相静止坐标系、两相旋转坐标系下面的低频模型和高频模型,为后续研究奠定了理论基础。高低频模型各有其优缺点，相互补充，指导仿真与硬件设计。,坐标变换,ABC静止坐标系,静止坐标系,dq旋转坐标系,对基本的三相换流器数学模型进行坐标变换的主要目的是为了是模型状态方程降阶，使控制器设计简化。,3、数学建模,一般数学模型概述,3、数学建模,一般数学模型概述,在建立三相VSR数学模型过程中，一般做以下假设：电网电动势为三相平衡正弦电动势；电源的A、B、C三相电路的等效电阻均为R；
4、三相电路的等效电感值均为L，且线性不考虑饱和。开关器件皆为理想器件；为描述VSR能量的双向传输，三相VSR其直流侧负载由电阻和直流电动势串连表示；忽略开关死区时间。,三相VSR一般数学模型的建立可采用以下两种形式：(1)采用开关函数描述的一般数学模型。(2)采用占空比描述的一般数学模型。,3、数学建模,一般数学模型概述,采用开关函数描述的一般数学模型是对VSR开关过程的精确描述，较适合于VSR的波形仿真。采用开关函数描述的VSR一般数学模型，当VSR开关频率远高于电网基波频率时，为简化VSR的一般数学描述，可忽略VSR开关函数描述模型中的高频分量，即只考虑其中的低频分量，从而获得采用占空比描述
5、的低频数学模型，用于指导控制器设计。,3、数学建模,高频数学模型建立,三相平衡有：,三相VSR高频数学模型,3、数学建模,高频数学模型建立,高频模型写成矩阵形式：,3、数学模型,低频数学模型的建立,三相VSR低频数学模型,应用傅立叶变换：,低频数学模型：,4、控制策略分析,控制策略介绍,PWM整流电路控制基本思想是：通过PWM调制控制功率开关管的通断状态，使输入电流接近正弦波而消除电流谐波，且电流和电压相位可任意控制，实现高功率因数。为了实现网侧任意功率因数控制，其关键技术问题是研究网侧电流控制策略。高性能的控制策略主要分为两大类：电流控制和直接功率控制,4、控制策略分析,滞环控制策略,1.直
6、接电流控制-滞环控制,4、控制策略分析,SVPWM控制策略,2.直接电流控制-SVPWM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。,这种控制方法电流控制精度较高，不仅在稳态时能够精确地跟踪电流指令，实现无静差，并且动态性能也较好。但其控制算法比较复杂。,4、控制策略分析,SVPWM控制策略,5、电路参数的选取,主电路参数,PWM整流器的性能好坏不仅与其控制策略有关，还与其自身电路的参数有很重要的关系。,交流侧电感的选择,1、电感上压降尽可能小,一般不大于电源额定电压的30%,2、交流侧电流总畸变率THD尽可能小，一般
7、要求低于5%,3、在一个开关周期内交流侧电流的最大超调量尽可能小，一般要求小于交流侧额定电流峰值的10%,4、满足瞬态电流跟踪要求,5、电路参数的选取,主电路参数,直流侧电容的选择,直流侧电容的大小既关系到整流器的成本，更关系到在各种扰动下直流母线电压的稳定性，进而关系到PWM整流器的抗负载扰动性能。,可按典型2型系统设计PI调节器，同时根据Udc的最大动态降落允许值决定C的下限值。,5、电路参数的选取,主电路参数,直流电压的选择,对三相VSR，当交流侧线电压uab0时，其电路结构可等效为,要保证整流器输入端线电压不含有与PWM开关频率无关的低次谐波，直流电压udc必须不小于交流侧线电压基波uab的最大峰值。设交流侧相电压的有效值为Up，则有,|Up|udc,6、仿真分析,滞环电流控制,6、仿真分析,电压空间矢量（SVPWM）控制,7、设计总结,总结与展望,论文内容,论文中的不足及展望,谢谢观看！,传统整流器功率因数校正,PWM整流器系统分析,PWM整流器控制与仿真,1、因为时间和实验条件有限，本文未对三相VSR的控制系统进行硬件和软件实现，对网侧的谐波抑制未进行深入研究。2、关于PWM整流器控制策略的研究和应用，仍有许多问题值得研究，如以DSP为控制芯片的开发设计、应用与并网发电、有源滤波以及电网不平衡时的分析等都是一些值得研究的问题,
