1、,高功率因數(shù)的三相電壓型 整流器的研究,答辯人：孫,導(dǎo) 師：桂,2014年6月4日,Central South University,目錄頁(yè),contents,1、選題,高功率因數(shù)整流器,背景與意義,PWM整流器具有以下優(yōu)良性能： (1)網(wǎng)側(cè)電流近似正弦波 (2)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)控制(如單位功率因數(shù)控制) (3)電能雙向傳輸，四象限運(yùn)行 (4)較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng),1、選題,研究?jī)?nèi)容,(1)整流器功率因數(shù)校正電路分析； (2)PWM整流器電路結(jié)構(gòu)與工作原理分析； (3)數(shù)學(xué)建模與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)； (4)系統(tǒng)仿真與總結(jié)。,本課題的研究任務(wù)有：,2、主電路工作原理,2、PWM整流器工作原理,常用電路拓?fù)?圖3

2、常用單相和三相VSR變流器結(jié)構(gòu),(a)單相半橋,(b)單相全橋,（C）三相半橋,2、主電路工作原理,2、PWM整流器工作原理,單相PWM整流電路,單相PWM整流電路,在電網(wǎng)電壓正半周，橋路中由L、V2、VD4、VDI和L、V3、VDl、VD4組成兩個(gè)升壓斬波電路。 在電網(wǎng)電壓的負(fù)半周，L、V4、VD2、VD3和L、V1、VD3、VD2組成兩組升壓斬波電路。,2、PWM整流器工作原理,三相VSR原理,三相PWM整流電路,2、PWM整流器工作原理,三相VSR原理,開關(guān)函數(shù)相同，但有不同的導(dǎo)通回路。相同的開關(guān)函數(shù)，根據(jù)電流的方向不同則回路不同。,2、PWM整流器工作原理,三相VSR原理,a相開關(guān)函數(shù)

3、波形,a相電壓波形,直流輸出電壓波形,a相電流波形,建模目的,建立數(shù)學(xué)模型是深入分析和研究PWM整流器的機(jī)理和動(dòng)靜態(tài)特性的重要方法。本章從低頻和高頻的角度,分別建立了VSR在三相靜止坐標(biāo)系、兩相靜止坐標(biāo)系、兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下面的低頻模型和高頻模型,為后續(xù)研究奠定了理論基礎(chǔ)。高低頻模型各有其優(yōu)缺點(diǎn)，相互補(bǔ)充，指導(dǎo)仿真與硬件設(shè)計(jì)。,坐標(biāo)變換,ABC靜止坐標(biāo)系,靜止坐標(biāo)系,dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系,對(duì)基本的三相換流器數(shù)學(xué)模型進(jìn)行坐標(biāo)變換的主要目的是為了是模型狀態(tài)方程降階，使控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化。,3、數(shù)學(xué)建模,一般數(shù)學(xué)模型概述,3、數(shù)學(xué)建模,一般數(shù)學(xué)模型概述,在建立三相VSR數(shù)學(xué)模型過(guò)程中，一般做以下假設(shè)： 電網(wǎng)電動(dòng)

4、勢(shì)為三相平衡正弦電動(dòng)勢(shì) ； 電源的A、B、C三相電路的等效電阻均為R；三相電路的等效電感值均為L(zhǎng)，且線性不考慮飽和。 開關(guān)器件皆為理想器件； 為描述VSR能量的雙向傳輸，三相VSR其直流側(cè)負(fù)載由電阻和直流電動(dòng)勢(shì)串連表示； ； 忽略開關(guān)死區(qū)時(shí)間。,三相VSR一般數(shù)學(xué)模型的建立可采用以下兩種形式： (1)采用開關(guān)函數(shù)描述的一般數(shù)學(xué)模型。 (2)采用占空比描述的一般數(shù)學(xué)模型。,3、數(shù)學(xué)建模,一般數(shù)學(xué)模型概述,采用開關(guān)函數(shù)描述的一般數(shù)學(xué)模型是對(duì)VSR開關(guān)過(guò)程的精確描述，較適合于VSR的波形仿真。 采用開關(guān)函數(shù)描述的VSR一般數(shù)學(xué)模型，當(dāng)VSR開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于電網(wǎng)基波頻率時(shí)，為簡(jiǎn)化VSR的一般數(shù)學(xué)描述，可

5、忽略VSR開關(guān)函數(shù)描述模型中的高頻分量，即只考慮其中的低頻分量，從而獲得采用占空比描述的低頻數(shù)學(xué)模型，用于指導(dǎo)控制器設(shè)計(jì)。,3、數(shù)學(xué)建模,高頻數(shù)學(xué)模型建立,三相平衡有：,三相VSR高頻數(shù)學(xué)模型,3、數(shù)學(xué)建模,高頻數(shù)學(xué)模型建立,高頻模型寫成矩陣形式：,3、數(shù)學(xué)模型,低頻數(shù)學(xué)模型的建立,三相VSR低頻數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用傅立葉變換：,低頻數(shù)學(xué)模型：,4、控制策略分析,控制策略介紹,PWM整流電路控制基本思想是：通過(guò)PWM調(diào)制控制功率開關(guān)管的通斷狀態(tài)，使輸入電流接近正弦波而消除電流諧波，且電流和電壓相位可任意控制，實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)。 為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)任意功率因數(shù)控制，其關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是研究網(wǎng)側(cè)電流控制策略。 高性

6、能的控制策略主要分為兩大類：電流控制和直接功率控制,4、控制策略分析,滯環(huán)控制策略,1. 直接電流控制-滯環(huán)控制,4、控制策略分析,SVPWM控制策略,2. 直接電流控制-SVPWM控制 電流矢量控制可以直接控制系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率，它的核心思想是對(duì)三相VSR網(wǎng)側(cè)電流的有功、無(wú)功分量進(jìn)行獨(dú)立控制。,這種控制方法電流控制精度較高，不僅在穩(wěn)態(tài)時(shí)能夠精確地跟蹤電流指令，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差，并且動(dòng)態(tài)性能也較好。但其控制算法比較復(fù)雜。,4、控制策略分析,SVPWM控制策略,5、電路參數(shù)的選取,主電路參數(shù),PWM整流器的性能好壞不僅與其控制策略有關(guān)，還與其自身電路的參數(shù)有很重要的關(guān)系。,交流側(cè)電感的選擇,1、

7、電感上壓降盡可能小,一般不大于電源額定電壓的30%,2、交流側(cè)電流總畸變率THD盡可能小，一般要求低于5%,3、在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)交流側(cè)電流的最大超調(diào)量盡可能小，一般要求小于交流側(cè)額定電流峰值的10%,4、滿足瞬態(tài)電流跟蹤要求,5、電路參數(shù)的選取,主電路參數(shù),直流側(cè)電容的選擇,直流側(cè)電容的大小既關(guān)系到整流器的成本，更關(guān)系到在各種擾動(dòng)下直流母線電壓的穩(wěn)定性，進(jìn)而關(guān)系到PWM整流器的抗負(fù)載擾動(dòng)性能。,可按典型2型系統(tǒng)設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器，同時(shí)根據(jù)Udc的最大動(dòng)態(tài)降落允許值決定C的下限值 。,5、電路參數(shù)的選取,主電路參數(shù),直流電壓的選擇,對(duì)三相VSR，當(dāng)交流側(cè)線電壓uab0時(shí)，其電路結(jié)構(gòu)可等效為,要保證整流器輸入端線電壓不含有與PWM開關(guān)頻率無(wú)關(guān)的低次諧波，直流電壓udc必須不小于交流側(cè)線電壓基波uab的最大峰值。設(shè)交流側(cè)相電壓的有效值為Up，則有,|Up|udc,6、仿真分析,滯環(huán)電流控制,6、仿真分析,電壓空間矢量（SVPWM）控制,7、設(shè)計(jì)總結(jié),總結(jié)與展望,論文內(nèi)容,論文中的不足及展望,謝謝觀看！,傳統(tǒng)整流器功率因數(shù)校正,PWM整流器系統(tǒng)分析,PWM整流器控制與仿真,1、因?yàn)闀r(shí)間和實(shí)驗(yàn)條件有限，本文未對(duì)