毕业设计PWM整流器

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1、第一章绪论1.1PWM整流器的概述电力电子技术的高速发展，使得功率半导体开关器件的性能也在不断提高，已经冲早期广泛使用的半控型功率半导体开关，如普通晶闸管（SCR）发展到如今性能不同且种类繁多的全控型功率开关，如双极性晶体管（BJT）、门极关断（GTO）晶闸管、绝缘栅双极性晶体管（IGBT）、功率场效应晶体管（MOSFET）等。尤其是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的新发展方向。功率半导体开关器件技术的进步，使得电力电子变流装置技术得以迅速发展，出现了如变频器、逆变电源、高频开关电源、

2、以及各类变流器等以脉宽调制（PWM）控制为基础的各类变流装置，这些各类变流装置在国民经济各领域中起着重要的作用。不过，目前这些变流装置中的很大一部分都需要整流环节，从而获得直流电压，因为常规的整流环节多采用了二极管不控整流电路或晶闸管相控整流电路，所以对电网注入了大量的谐波和无功，造成了严重的电网“污染”。要想治理这种“污染”，最根本的措施就是使变流装置的网侧电流实现正弦化，并运行于单位功率因数。对此，大量学者为此展开了大量研究工作。其核心思想就是，在整流器的控制中引入PWM技术，使整流器网侧电流正弦化，并可运行于单位功率因数

3、。根据能量是否可以双向流动，有可逆PWM整流器和不可逆PWM整流器两种不同拓扑结构的PWM整流器。本设计只用到可逆PWM整流器及其控制策略，以下文中所指PWM整流器都是指可逆PWM整流器。因为PWM整流器实现了网侧电流正弦化，并运行于单位功率因数，且能量可双向传输，所以真正实现了“绿色电能变换”。因为PWM整流器网侧呈现出受控电流源特性，所以这一特性使PWM整流器及其控制技术得到了进一步的发展和拓宽，并且取得了更为广泛和更为重要的应用，如有源电力滤波（APF）、超导储能（SMES）、电气传动（ED）、静止无功补偿（SVG）、统

4、一潮流控制（UPFC）、高压直流输电（HVDC）、新型UPS以及太阳能、风能等可再生能源的并网发电等。1.2PWM整流器的分类PWM整流器按直流储能形式分类电压型电流型按电网相数分类单相电路三相电路多相电路按PWM开关调制分类硬开关调制软开关调制按桥路结构分类半桥电路全桥电路按调制电平分类二电平电路三电平电路多电平电路表（1-1）随着PWM整流器的发展，已经设计出了多种PWM整流器，其可分类如表（1-1）所示。虽然PWM整流器的分类很多，但是其还是主要分为电压型和电流型两大类，主要原因是这两种PWM整流器不管是在主电路结构、P

5、WM信号发生、还是在控制策略等方面都有各自的特点，并且两者间存在着电路上的对偶性。别的分类方法就主电路的拓扑结构而言，都在电压型和电流型PWM整流器之列。1.3PWM整流器的研究现状PWM整流器的研究开始于20世纪的80年代，这一时期因为自关断器件的日趋成熟和应用，所以极大地推动了PWM技术的应用和研究。1982年BussesAlfred、HoltzJoachim首先提出了基于可关断器件的三相全桥PWM整流器拓扑以及网侧电流幅相控制策略，并实现了电流型PWM整流器网侧的单位功率因数正弦波电流控制。1984年AkagiHirof

6、umi等提出了基于PWM整流器拓扑结构的无功补偿器控制策略，这实际上就是电压型PWM整流器的早期设计思想。到了20世纪80年代末，随着A.W.Green等人提出了基于坐标变换的PWM整流器连续、离散动态数学模型及控制策略，把PWM整流器的研究与发展推到了一个新的高度。自20世纪90年代以来，PWM整流器一直都是学术界所研究和关注的热点。随着对PWM整流器的深入研究，基于PWM整流器拓扑结构及控制的拓展，以及相关的许多应用研究也发展了起来，如超导储能、有源滤波器、高压直流输电、交流传动以及统一潮流控制等。这些应用的研究与发展又促

7、进了PWM整流器及其控制技术的进步与完善。这一时期PWM整流器的发展与研究主要集中于以下几个方面：（1）PWM整流器的建模与分析；（2）主电路拓扑结构的研究；（3）系统控制策略的研究；（4）电压型PWM整流器的电流控制；（5）电流型PWM整流器的研究。简要叙述如下：1.有关PWM整流器建模的研究PWM整流器数学模型的研究是PWM整理器及其控制技术研究的基础。A.W.Green等提出了基于坐标变换的PWM整理器连续、离散动态数学模型。R.Wu、S.B.Dewan等较为系统地建立了PWM整流器的时域模型，并将时域模型分解成高频、低

8、频模型，且给出了相应的时域解。ChunT.Rim和DongY.Hu等则利用了局部电路的dq坐标变换建立了PWM整流器基于变压器的低频等效的模型电路，并且给出了稳态、动态特性的分析。HengchunMao等人建立了一种新颖的降阶小信号模型，从而简化了PWM整流器的数学模型及特性