單極性倍頻電壓型PWM整流器的研究電氣工程及其自動化專業(yè)

1、中文摘要在現(xiàn)代生活中，電力成為了人們不可分割的一部分，隨著電力設(shè)備的不斷發(fā)展，許多相應(yīng)的問題都出現(xiàn)了。諧波污染和無功問題尤為嚴(yán)重。對此，許多國家都制定了相應(yīng)的措施來解決這些問題，我國也對諧波污染出臺了一系列標(biāo)準(zhǔn)，而我國對高功率因數(shù)單極性倍頻電壓型PWM整流器的研究起步較晚，對單極性倍頻電壓型PWM整流技術(shù)的工程應(yīng)用研究還有待繼續(xù)深入。因此，本文對單極性倍頻電壓型PWM整流器進行研究，對其進行單極性和雙極性PWM調(diào)制分析，分析其工作原理，給出驅(qū)動、控制電路設(shè)計方案，并用仿真軟件PLECS對理論分析進行驗證。關(guān)鍵詞電壓型PWM整流器單極性倍頻雙極性畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要Title Rese

2、arch on Unipolar Frequency Double Voltage PWM RectifierAbstractIn modern life, electricity has become an inseparable part of people. With the continuous development of power equipment, many corresponding problems have appeared. Harmonic pollution and reactive power problems are particularly serious.

3、 In this regard, many countries have formulated corresponding measures to solve these problems. my country has also issued a series of standards for harmonic pollution. my countrys research on high power factor unipolar frequency doubled voltage type PWM rectifiers started late. The engineering appl

4、ication research of unipolar frequency doubling voltage-type PWM rectification technology still needs to be further deepened. Therefore, this paper studies the unipolar frequency-doubled voltage-type PWM rectifier, analyzes its unipolar and bipolar PWM modulation, analyzes its working principle, giv

5、es a design plan for the drive and control circuit, and uses the simulation software PLECS to analyze the theory Analyze to verify.Keywords Voltage type PWM rectifier unipolar frequency doubler bipolar目錄1 緒論11.1 單相PWM整流器研究概況11.2 單相PWM整流器的分類及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)11.3 本課題的研究任務(wù)42單相PWM整流器的原理及數(shù)學(xué)模型52.1 單極性PWM調(diào)制52.2 雙極性PW

6、M調(diào)制72.3 單相 PWM整流器的數(shù)學(xué)模型83 單相PWM整流器的控制策略113.1 前饋型直接電流控制113.2 鎖相環(huán)控制134 主電路設(shè)計144.1交流側(cè)電感設(shè)計144.2直流側(cè)電容設(shè)計165 仿真分析結(jié)果185.1 仿真參數(shù)185.2 仿真電路圖185.3 PLECS仿真波形圖19結(jié)束語22致 謝23參 考 文 獻24 第 25 頁 共 28 頁 1 緒論1.1 單相PWM整流器研究概況在20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了PWM技術(shù)，這種技術(shù)最先在直流變換電路中運用。PWM技術(shù)的開關(guān)頻率是固定的，它可以調(diào)節(jié)直流側(cè)輸出量的大小，這是PWM技術(shù)通過控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)閉來實現(xiàn)的。后來，一位日本學(xué)者經(jīng)

7、過研究，發(fā)現(xiàn)了PWM技術(shù)和頻率控制有很大的關(guān)聯(lián)。它們兩者結(jié)合起來可以運用于交流電機控制的逆變電路中，這種新穎的技術(shù)可以將輸出電壓中的諧波含量降低，也使得電壓控制和頻率控制都可以在逆變電路中實現(xiàn)。自此以后，PWM的技術(shù)發(fā)展就越來越快了，但其中出現(xiàn)的問題也有不少，功率開關(guān)器件的問題尤為突出。到了20世紀(jì)70年代，PWM技術(shù)發(fā)展迅速，單相整流電路也在其中運用了起來，半控功率開關(guān)器件的發(fā)展也很迅速，在電路中也經(jīng)常能用到。到了20世紀(jì)80年代，單相整流器的研究越來越多，這使得功率開關(guān)器件得到了快速進步，這讓很多技術(shù)也在不斷進步。功率半導(dǎo)體技術(shù)、傳感器技術(shù)、電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多樣化、電路的控制策略以及連續(xù)和離

8、散數(shù)學(xué)模型的提出，都極大的促進了單相PWM整流器的發(fā)展。這也給新的技術(shù)提供了支持，如光伏太陽能并網(wǎng)發(fā)電、交流傳動、柔性交流電傳輸?shù)?。這些都將給PWM整流技術(shù)的研究帶來推動作用。1.2 單相PWM整流器的分類及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)PWM整流器有不同的分類方式，從人們平常研究的話來說，它主要分為兩大類，電流型和電壓型。電流型整流器不算太常見，電壓型整流器是比較熱門的。它們兩者之間有共同點，也有不同的地方。不管是電流型還是電壓型整流器，二者的功能或者目的都是為了得到穩(wěn)定的電壓或者電流。雖然其目的相同，但是在一些方面還是有所不同，例如PWM信號、電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及控制方法等。PWM整流器的分類多種多樣，按照不同的

9、標(biāo)準(zhǔn)可以分成不同的類型。例如，按照開關(guān)調(diào)制方式可以分為還有不硬開關(guān)調(diào)制整流器和軟開關(guān)調(diào)制整流器、按照橋路結(jié)構(gòu)可以分為半橋電路整流器和全橋電路整流器等、按照電網(wǎng)相數(shù)分為單相、三相和多相電路整流器。當(dāng)前，隨著技術(shù)不斷更新，PWM整流器發(fā)展、更新較快，當(dāng)前對于整流器的研究主要集中在單相電壓型PWM整流器上。它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較簡單，它的控制方法也很多，所以下文將對單相PWM整流器進行細(xì)節(jié)展開。1.2.1 單相半橋型PWM整流電路單相半橋型PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為簡單，整個電路的器件并不多，電路包含兩個橋臂，兩個電容，還有交流電源和電阻電感等。兩個電容串聯(lián)在一個橋臂上，電容可以起到直流儲存能量的作用。功

10、率開關(guān)器件上反并聯(lián)了續(xù)流二級管。這個電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為簡單，便于平常的研究。因此，整個電路適合于一些小功率、低成本的場合。半橋型電路的功率開關(guān)器件為全橋型的一半，正因為如此，半橋型電路的功率開關(guān)器必須要有足夠的耐壓能力。但是在實際情況中，半橋型電路直流側(cè)的電容需要進化中點電壓平衡控制，這就使半橋型電路的控制難度大大增加。圖1.1單相半橋型PWM整流電路拓?fù)?.2.2 單相全橋型PWM整流電路下圖1.2所示為單相全橋PWM整流電路，它有四個功率開關(guān)器件，它的直流側(cè)只有一個電容，功率開關(guān)管反并聯(lián)了二極管。整個電路看起來很簡單，電路控制起來也很方便，是現(xiàn)在用來學(xué)習(xí)的一種普通電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖1.2單相全

11、橋型PWM整流電路拓?fù)?.2.3 三電平單相PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三電平單相PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很復(fù)雜，它的結(jié)構(gòu)比二電平結(jié)構(gòu)復(fù)雜不少。因此它暴露出來的問題不少，它的控制方法較為復(fù)雜。三電平電路的每一個橋臂上串聯(lián)了4個功率開關(guān)器件，功率開關(guān)管上反并聯(lián)了續(xù)流二極管，它的輸入測電流波形較為穩(wěn)定，呈現(xiàn)正弦波狀態(tài)。三電平電路的橋臂上還連接著二極管，這些二極管起著重要的作用。三電平的直流側(cè)電容電壓如果解決不好的話，就會產(chǎn)生一些不容忽視的問題。即電壓不平衡會導(dǎo)致開關(guān)器件損壞。因此，在電路設(shè)計過程中需要加入中電電壓來平衡。圖1.3三電平單相PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.2.4 混合三電平單相PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)混合

12、型三電平單相PWM整流器的結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，它有左右兩個橋臂，每個橋臂上都有功率開關(guān)器件，整個電路還有電容、電阻和電感等器件。右橋臂上的開關(guān)管受到的電壓應(yīng)力和左橋臂上是不同的，它受到的電壓應(yīng)力和直流側(cè)電容電壓受到的電壓應(yīng)力是一致的。但是左橋臂開關(guān)管受到的電壓應(yīng)力沒有直流側(cè)電壓所受到的大，從電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來看，左橋臂開關(guān)管受到的電壓應(yīng)力應(yīng)為直流側(cè)電壓的一半。圖1.4混合三電平單相PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.2.5 電流型單相PWM整流器從圖1.5中可以看到整個電路的直流側(cè)上有電感，這使得它可以直流儲存能量，所以其直流側(cè)相當(dāng)于一個電流源，并且這個電流源有著很高的阻抗值。電流型單相整流電路的橋臂上有功率開

13、關(guān)管和二極管，這些二極管和功率開關(guān)管是同方向上的，這些二級管可以保證電流的正向流動。如果電流反向流動了，這些二極管會截斷電流。整個電路的交流側(cè)上有電容，電容可以起到濾波的作用。這樣一來，交流測的電流諧波會減小。電流型整流器和電壓型整流器還是有一些差別的，兩者都有各自的優(yōu)缺點。在現(xiàn)實條件下，電流型整流器的控制更加簡單、方便，這樣控制出來的電流更加穩(wěn)定，整個電路也會有更快的響應(yīng)速度。圖1.5電流型單相PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.3 本課題的研究任務(wù)電壓型PWM整流器可實現(xiàn)單相AC/DC變換和網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)控制，因包含兩個橋臂而具有調(diào)制自由度多的優(yōu)勢。本課題要求對單極性倍頻電壓型PWM整流器進行研究，

14、廣泛閱讀有關(guān)書籍和文獻資料，分析并整理有關(guān)資料。分析并掌握電路模態(tài)、工作原理、參數(shù)設(shè)計方法、調(diào)制策略、閉環(huán)控制策略等，并用PLECS軟件進行仿真。2 單相PWM整流器的原理及數(shù)學(xué)模型單相PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多種，它們各有各的優(yōu)點和缺點。在這其中，單相全橋PWM整流器的結(jié)構(gòu)簡單，控制比較容易、方便。因此，本文將對單相全橋PWM整流器進行全面描述。單相全橋型PWM整流電路的控制方法必須明確，要想控制整個電路，需要使輸入功率因數(shù)為1，還需要控制整個電路的輸出直流母線電壓，使這個電壓也趨于穩(wěn)定。這兩種控制都離不開所輸入電流的影響。輸入電流和電壓之間的影響是相互的。輸入電流影響輸出電壓，而電路的整

15、流橋側(cè)還有基波電壓，基波電壓的幅值和相位也會影響輸入電流?？梢钥闯?，整個電路的控制都是相互影響，缺一不可。下面將對單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制的具體模態(tài)工作方式詳述，這兩種調(diào)制有較為相似的地方，它們都為PWM整流器交流測基波電壓的調(diào)制方法。2.1 單極性PWM調(diào)制觀察上圖1.2的單相全橋PWM整流電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用單極性對整流電路進行調(diào)制，整流電路交流測的電壓值將會有不一樣的結(jié)果。分別為udc、0、udc。其中，當(dāng)輸入交流電壓的基波在正半周期時，電壓uab將會在udc和0之間切換，當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓在負(fù)半周期時，電壓uab將會在udc和0之間切換。所以當(dāng)我們采用單極性PWM調(diào)制這種方法時，單相全橋PWM整流

16、電路將會有四種工作模態(tài)。如下表2.1所示。表2.1單極性PWM調(diào)制的工作模式開關(guān)模式1234導(dǎo)通器件S1（D1）S4（D4）S2（D2）S3（D3）S1（D1）D3（S3）S2（D2）D4（S4）uab(t)的值udc-udc00從2.1表中所示，模式3和模式4中的uab的值為0。也就是說，單相整流橋交流測的電壓為0。對于單相全橋整流電路來說，在不同的工作模式下，輸入電流的方向不同，會出現(xiàn)6種不同的電路模態(tài)。下圖即為6種不同的電路模態(tài)圖，電流和電壓的參考方向如箭頭所示。 a bc de f圖2.2 單極性PWM調(diào)制等效電路圖2.2a中所示電路是與模式2相符合的。首先，輸入大于0的電流is。這時

17、，電流的流向為L-R-2-C-S3-us。然后，電流is增加。這時電感電壓大于0，其儲存的能量就會增加，同時電容就會負(fù)載供電，并且與電源同向給電感充電。圖2.2b中所示電路是與模式4相符合的。首先，輸入大于0的電流is。這時，電流的流向為L-R-S2-D4-us。然后，電流is增加。這時候的電感電壓就會大于0，其儲存的能量就會增加，電容給負(fù)載供電，電源向電感充電。圖2.2c中所示電路是與模式1相符合的。首先，輸入大于0的電流is。這時，電流的流向為L-R-D1-C-D4-us。然后，電流is減小。這時電感電壓小于0，其儲存的能量減少，電源和電感共同向電容充電，并給負(fù)載供電。圖2.2d中所示電路

18、是與模式1相符合的。首先，輸入小于0的電流is。這時，電流的流向為us-S4-C-S1-R-L。然后，電流is增加。這時電感電壓小于0，其儲存的能量增加，電容給負(fù)載供電，并與電源同向給電感充電。圖2.2e中所示電路是與模式3相符合的。首先，輸入小于0的電流is。這時，電流的流向為us-D3-S1-R-L。然后，電流is增加。這時電感電壓小于0，其儲存的能量增加，電容給負(fù)載供電，電源向電感充電。圖2.2f中所示電路是與模式2相符合的。首先，輸入小于0的電流is。這時，電流的流向為us-D3-C-D2-R-L。然后，電流is減小。這時電感電壓大于0，其儲存的能量減少，電源和電感共同向電容充電，并給

19、負(fù)載供電。從上述電路圖以及其工作模態(tài)可以知道，單相全橋PWM整流器在進行單極性PWM調(diào)制的時候與Boost型電路相當(dāng)。通過對交流測電感的能量儲存和直流側(cè)電容的穩(wěn)壓，就可以得到更高的輸出母線電壓。2.2 雙極性PWM調(diào)制與上述單極性PWM調(diào)制的方法不同，在雙極性調(diào)制策略下，單相整流橋交流側(cè)電壓uab將會出現(xiàn)兩種不同的數(shù)值：udc和-udc.。而在這時，與上述多種工作不同，單相全橋整流電路就僅僅只有兩種工作模態(tài)，如下表2.2所示。開關(guān)模式12導(dǎo)通器件S1（D1）S4（D4）S2（D2）S3（D3）uab（t）的值udc-udc表2.2雙極性PWM調(diào)制的開關(guān)模式雙極性PWM調(diào)制方法也很容易，它和單極

20、性調(diào)制方法差不多，當(dāng)整流器電路輸入的電流方向不同時，電路的工作模式都不一樣，電流在電路中的流向也不一樣。從下圖可以知道電路有四種模態(tài)，電流和電壓的方向都為箭頭所指方向。a b c d圖2.3雙極性PWM調(diào)制等效電路圖2.3a所示的電路與模式2一致。當(dāng)輸入電流is大于0時，電流變?yōu)長-R-S-C-S3-us，增加電流is。也就是說，電感器電壓大于0，其積蓄能量增加，電容器向負(fù)載供給電力，和電源一起給電感器充電。圖2.3b所示的電路與模式1一致。當(dāng)輸入電流is大于0時，電流變?yōu)長-R-D1-C-D4-us，減小電流is，電感器電壓小于0，所積蓄的能量減少，電源和電感器一起給電容器充電，給負(fù)載供電。

21、圖2.3c所示的電路與模式1一致。當(dāng)輸入電流is小于0時，電流的流動為us-S4-C-S1-R-L。電流is持續(xù)增加的話，電感器電壓小于0，積蓄的能量增加。電容器向負(fù)載供給電力，和電源一起給電感器充電。圖2.3d所示的電路與模式2一致。當(dāng)輸入電流is小于0時，電流的流動方向為us-D3-C-D2-R-L，當(dāng)電流is減小時，電感器電壓大于0時，積蓄的能量減少。電源和電感器電容器一起充電，向負(fù)載供給電力。2.3 單相PWM整流器的數(shù)學(xué)模型為了單相PWM整流器數(shù)學(xué)模型成功的建立，筆者將圖2.4中的功率開關(guān)管視為理想開關(guān)，這樣就會得到一個關(guān)于全橋型單相PWM整流器的簡化電路（如下圖）。圖2.4單相PW

22、M整流器簡化電路當(dāng)開關(guān)處于SA位置時；1狀態(tài)表示S1開通，S2關(guān)斷。當(dāng)開關(guān)處于SA位置時；0狀態(tài)表示S1關(guān)斷，S2開通。當(dāng)開關(guān)處于SB位置時；1狀態(tài)表示S3開通，S4關(guān)斷。當(dāng)開關(guān)處于SB位置時；0狀態(tài)表示S3關(guān)斷，S4開通。從上訴分析看來，因為單相全橋電路的橋臂是不可以同時導(dǎo)通得，所以其有四種不同得開關(guān)組成情況，這四種情況分別對應(yīng)著三種不同的整流橋交流測電壓uab，即（1） uab=udc；SA=1，SB=0（2） uab =0；SA=0，SB=0或者SA=1，SB=1（3） uab =-udc；SA=0，SB=1則uab與開關(guān)函數(shù)的關(guān)系為，（2.1）下圖2.5為簡化后的交流測電路圖，這個圖對

23、單相PWM整流器的數(shù)學(xué)模型的建立起了很大幫助。圖2.5單相PWM整流器交流側(cè)簡化電路根據(jù)該交流側(cè)等效電路可以得出電壓矢量平衡方程為，（2.2）把功率開關(guān)管看作理想的模型，它在換相的過程中，功率開關(guān)管沒有損失功率，也沒有能量的積蓄，那么直流側(cè)和交流側(cè)的瞬時功率應(yīng)該相等，即（2.3）（2.4）根據(jù)基爾霍夫電流定律，在直流側(cè)有電流平衡方程，（2.5）綜合上面的公式可以得到單相PWM整流器狀態(tài)方程為（2.6）（2.7）上面的數(shù)學(xué)公式都有關(guān)聯(lián)，它們都在圍繞輸入電流和直流電壓兩者間的關(guān)系。對輸入電流合理控制，對直流電壓合理控制，這樣可以更好的對電路進行理解?？梢愿玫膶﹄娐房刂撇呗赃M行學(xué)習(xí)。3 單相PWM

24、整流器的控制策略3.1 前饋型直接電流控制與傳統(tǒng)直接控制方法相比，本文將重點放在了前饋型直接電流控制這部分，其控制框圖如下圖所示。圖3.1前饋型直接電流控制框圖這是一個雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，由DC電壓的外環(huán)和AC電流的內(nèi)環(huán)控制。電壓環(huán)路是外側(cè)環(huán)路。如果我們要得到相對穩(wěn)定的DC總線電壓，那么就必須對DC側(cè)的輸出電壓進行PI控制。決定輸入電流的預(yù)定值的相位和頻率是鎖相環(huán)PLL檢測到的輸入電壓的相位和頻率。因此，我們可以獲得預(yù)定值的輸入電流。通過電流環(huán)路控制器C的操作，可以使AC輸入電流的實際值能夠更快更準(zhǔn)確地追蹤指定的值。電流控制器的參數(shù)需要根據(jù)實際情況進行合理調(diào)整。輸出的物理意義為電感和線電阻電壓之和

25、的給定值u * L。AC側(cè)的電壓調(diào)制波u * ab可以通過網(wǎng)格側(cè)的電壓us輸入。在減去u* L之后，可以使用SPWM算法獲得控制目標(biāo)。當(dāng)在電流環(huán)控制器上使用常用的PI控制器時，可以考慮采樣延時以及單相 PWM 整流器小慣性特性，交流側(cè)輸入電流環(huán)控制結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖3.2輸入電流環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖圖3.3簡化后的電流環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖可得電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)為，（3.1）（3.2）輸入信號i*s與誤差信號之間的傳遞函數(shù)為 （3.3）s1、s2、s3sn都為系統(tǒng)閉環(huán)極點。由上面的公式可以看出，這幾個傳遞函數(shù)都有相同的特征方程。所以系統(tǒng)誤差信號為（3.4）（3.5）其中b、a1、a2an為各個分式上的系數(shù)。根據(jù)

26、數(shù)學(xué)拉普拉斯定理，筆者計算出了系統(tǒng)的時域誤差信號： （3.6）若系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則系統(tǒng)閉環(huán)極點 s1、s2 sn 均有負(fù)實部，這樣一來系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為（3.7）由上面的公式可以知道，這個系統(tǒng)的誤差是有規(guī)律的，穩(wěn)定時候的誤差是呈正弦規(guī)律波動的。3.2 鎖相環(huán)控制鎖相環(huán)是一個很方便的系統(tǒng)，它可以自動跟蹤輸入電網(wǎng)電壓信號的相位，同步鎖相控制起來比較容易，主要是運用二階廣義積分器的知識，這個積分器會產(chǎn)生正交分量，在正交分量上輸入d,q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，這時，系統(tǒng)進行了一次park變換，這次變換會出現(xiàn)一個結(jié)果。最后，控制uq=0完成鎖相。下圖3.4為原理圖。圖3.4旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相技術(shù)有很多部分，但單相鎖相環(huán)控制是

27、這其中最重要的部分?？梢圆捎盟矔r無功理論的方法來進行鎖相，下圖.為單相鎖相環(huán)控制原理圖。圖3.5單相鎖相環(huán)控制框圖由上圖可以看出，這個算法在不停的進行閉環(huán)迭代，要想實現(xiàn)鎖相，就要控制輸出相位和輸入相位的電位差，這兩者之間的相位差為0的話，就可以實現(xiàn)。要想實現(xiàn)精準(zhǔn)鎖相，就要使無功分量趨于0，這就要求uq與d軸同相位。4 主電路設(shè)計由第二章節(jié)可以看出，單相PWM整流電路可以進行兩種不同的調(diào)制，分別為單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制，在這兩種調(diào)制下，整流電路都相當(dāng)于一個Boost型電路。交流測電感對整個電路很重要，它可以積蓄能量，并且在積蓄能量后能起到升壓的作用。直流側(cè)電容也至關(guān)重要，直流側(cè)電容的大小必須要滿

28、足直流母線電壓的波動范圍。所以選擇合適的器件很為關(guān)鍵。4.1交流側(cè)電感設(shè)計交流測電感對整流電路有很多方面的影響。它可以儲存能量，使電路起到升壓作用；它還可以控制系統(tǒng)的阻尼特性，使整個電路結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定；它還可以濾除諧波，實現(xiàn)正弦輸入電流。交流測電感對整個電路很重要。而影響交流測電感的因素主要有兩個：一，對輸入電流的跟蹤；二，對輸入電流波動的抑制效果。首先，分析交流側(cè)電感與輸入電流跟蹤性能之間的相互影響。從圖4.1可知，過零點處的輸入電流變化率最大。因此，若設(shè)計的電感使系統(tǒng)能夠滿足電流快速跟蹤的要求，則認(rèn)為其在整個輸入電流周期中都能滿足快速跟蹤要求。為了便于分析，假設(shè)在過零點處一個開關(guān)周期內(nèi)的瞬態(tài)

29、波形如圖4.1所示。圖4.1輸入電流過零點處瞬態(tài)過程根據(jù)公式2.5，忽略交流測寄生電阻的影響，交流測的電壓方程為（4.1）在一個周期內(nèi)，當(dāng)整流電路在高開關(guān)頻率下運行時，式子4.1變?yōu)椋?.2）在圖片4.1的t1到t2的階段，uab=-udc,us=0（4.3）由前面的公式推導(dǎo)得（4.4）在一個開關(guān)周期內(nèi)，輸入電流參考值的變化量為（4.5）通過對額定輸入電流幅值進行估算，可以得出輸入電流參考值Im。因此，需到達到以下條件才能夠?qū)崿F(xiàn)快速的跟蹤輸入電流：（4.6）交流測電感的滿足條件是：（4.7）電感會對紋波造成影響，所以交流測電感不僅要跟蹤輸入電流，還要考慮輸入電流PWM的紋波。當(dāng)輸入電流正弦處于

30、波峰處時，PWM紋波最大。下圖為一個開關(guān)周期內(nèi)輸入電流正弦波峰處的瞬態(tài)過程（圖4.2）。圖4.2正弦峰值處輸入電流瞬態(tài)過程如圖所示，在t0到t1階段內(nèi)，uab的值為0，us和um的值是一樣的，輸入電壓幅值為Um，可得如下式子，（4.8）在t1到t2這個階段，uab和udc的值是相等的，us和Um的值是相等的，所以可得式子為，（4.9）在一個開關(guān)周期內(nèi)，t0到t1時間段，在同一時間段內(nèi)，輸入電流的上升值與電流下降值一致。（4.10）ismax為系統(tǒng)允許的輸入電流波動值，由前幾個式子整理可得，（4.11）交流測電感需要滿足以下條件，（4.12）4.2直流側(cè)電容設(shè)計根據(jù)前面的公式，直流母線電壓的紋波

31、為：（4.13）交流輸入電壓與電流的幅值分別為Us和Is，輸入電壓的角頻率和直流側(cè)支撐電容值分別為和C，直流母線電壓為Udc，交流輸入側(cè)電壓和電流的相位差為。假如直流母線電壓最大允許脈動值為udcmax,則需要滿足的條件是（4.14）母線支撐電容需要滿足的條件是（4.15）在實際條件下，直流支撐電容設(shè)計的范圍為（4.16）5 仿真分析結(jié)果5.1 仿真參數(shù)1.交流電壓有效值：U=220V2.交流測電感：L=5mH3.直流側(cè)電容容值：C=600F4.負(fù)載電阻大小：R=2005.開關(guān)頻率：fs=10KHz6.輸出功率：Po=800W5.2 仿真電路圖圖5.1 仿真電路圖圖5.1是系統(tǒng)的仿真電路圖，該

32、圖由單相全橋電路圖、鎖相環(huán)控制圖和閉環(huán)控制圖組成。如圖5.1里所示，單相全橋PWM整流電路的每一個橋臂都由一個全控器件和反并聯(lián)的整流二極管組成。交流測的電感主要作用是平衡電壓、支撐無功功率以及儲存能量。直流側(cè)的電容在全控型器件關(guān)斷時，為電感電流提供電流路徑，緩沖沖擊電流。同時它可以積蓄能量，穩(wěn)定直流側(cè)電壓，抑制直流側(cè)的諧波電壓。閉環(huán)控制屬于直流控制中的滯環(huán)電流控制，是對電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的控制。直接電流控制的目的是根據(jù)內(nèi)環(huán)采用電流跟蹤輸入電壓所形成的波形，達到交流同步，實現(xiàn)單位功率因數(shù)；電壓外環(huán)的目的是通過將采樣的輸出電壓與輸入電流的有效值進行比較，來實現(xiàn)PWM的控制功率的流向，從而實現(xiàn)電壓的

33、雙向雙饋控制。鎖相環(huán)路是一種反饋控制電路，主要的原理是利用外部輸入的參考信號控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號的頻率和相位。鎖相環(huán)常用于閉環(huán)控制電路中。當(dāng)輸出信號和輸入信號的頻率相等時，輸出電壓和輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓和輸入電壓的相位被鎖住，這就是其工作的原理以及所要達到的工作目的。5.3 PLECS仿真波形圖圖5.2交流測輸入電流與電壓同相位如圖5.2所示，該圖為交流側(cè)輸入電壓、電流的波形圖，整個電路由前饋直接對電流進行控制，在輸入電流和輸入電壓保持同相位時，變換器就實現(xiàn)了單功率因數(shù)運行。 圖5.3 直流側(cè)的輸出電壓如圖5.3所示，該圖為直流側(cè)輸出電壓波形，可以看到通過電壓外環(huán)的控制，變換

34、器能夠穩(wěn)定輸出400V直流電壓，達到本文的設(shè)計目標(biāo)。圖5.4四個開關(guān)管驅(qū)動電壓波形一個周期內(nèi)的四支功率管柵極控制電壓如圖5.4所示。在同一個橋臂上面的兩個開關(guān)管交替導(dǎo)通，處于互補的狀態(tài)，且其寬度按正弦規(guī)律變化。圖5.5兩個正弦調(diào)制波與三角載波交截圖5.5由第二章可知，單相PWM整流器進行單極性調(diào)制時，四個開關(guān)管分別由四個信號控制，ur為SPWM調(diào)制波，負(fù)的ur為與調(diào)制波相位相差180參考波，載波uc為圖中的綠色波形。結(jié)束語經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)與研究，終于完成了單極性倍頻電壓型PWM整流器的研究這個課題。記得剛拿到這個課題的時候，自己感覺什么都不懂，有點迷茫。但在看了其他文獻，其他論文之后，自己慢

35、慢有了些認(rèn)識。前期，對開題報告和外文翻譯做了準(zhǔn)備工作。中期，對整流器的工作原理進行了學(xué)習(xí)，并且下載了PLECS這個仿真軟件，這個軟件中文教程幾乎沒有，使我花了很多時間在這上面。在這期間，學(xué)長和老師給了我很大的幫助，他們教會了我怎么樣仿真，也發(fā)給了我很多參考文獻，也會在我不會的時候給我?guī)椭?，我真的很感謝你們。通過寫論文這個過程，我也學(xué)到了不少東西，對電力電子這門課也產(chǎn)生了興趣，對仿真軟件也有了很基本的認(rèn)識，這些經(jīng)歷使我受益頗豐。致謝時間過得真快，轉(zhuǎn)眼間四年的大學(xué)時光已經(jīng)接近尾聲，大學(xué)時光是我經(jīng)歷過的最美的時光。首先，我要感謝我的學(xué)?！澳暇├砉ご髮W(xué)泰州科技學(xué)院”。在學(xué)校的懷抱中，我得到了成長，學(xué)到了許多知識，認(rèn)識了許多人，交到了許多的朋友。我會秉持求真務(wù)實，自強不息的校風(fēng)，明體達用的校訓(xùn)，繼續(xù)走下去，感謝學(xué)校對我的栽培，也希望學(xué)校越辦越輝煌。其次，我要感謝我的導(dǎo)師顧玲老師。顧老師一絲不茍，認(rèn)真負(fù)責(zé)的教學(xué)態(tài)度值得我們學(xué)習(xí)?？v觀整篇論文，顧老師給我一次又一次細(xì)心地指