三相电压型PWM整流器的研究与设计

【摘要】21世纪是科技时代信息时代,科技的不断创新给人们的生产生活各个方面都带来了极大的便利。各种电子产品的广泛应用使得人们对电子产品的依赖度也越来越高,电子产品中大量使用的整流器装置所产生的谐波和无功量对电网污染问题日益严重,PWM整流器能够很好的解决这一问题。与传统二极管不控整流和晶闸管相控整流相比,三相电压型脉冲宽度调制(PulseWidthModulation,PWM)整流器具有网侧电流正弦化、功率因数高、电能可双向传输等优点,符合“绿色能源”的要求,它广泛应用于静止无功发生器(SVG)高压直流(HVDC)传输、超导磁储能(SMES)有源电力滤波(APF)和其他领域。目前普遍采用旋转坐标系下双环PI控制策略,PI调节器虽然易于实现,但由于PWM整流器的非线性特征难以满足快速动态响应、输入电流畸变小和单位功率因数的要求。采用滑模变控制结构可以很好解决PWM整流器的非线性问题。三相PWM整流器是一个时变非线性、强耦合系统,控制系统复杂。在本设计中采用电流内环前馈解耦策略,电压外环滑模控制策略,在分析其原理的基础上给出了系统的硬件设计和软件程序设计,最后以MATLAB仿真软件为平台进行仿真实验,实验结果验证了这种控制策略的可行性和优越性。首先,归纳总结了几种常见的PWM整流器的拓扑结构,在分析三相电压型PWM整流器的工作原理的基础上,重点分析了其一般数模型与两相旋转坐标系下的数学模型及其模型的建立,并对两者之间的转换关系做了介绍,最后详细介绍了电流内环前馈解耦的控制策略和基于滑模的电压外环控制策略。其次,在理论分析的基础上给出了三相电压型PWM整流器控制系统的硬件和软件设计得到了整个系统的总体结构图。硬件设计详细介绍了主电路中交流侧电感L和直流侧电容C的作用以及选取原则,对于驱动电路和检测电路也做了介绍。软件设计方面主要采取模块化的设计方式增加了系统的可读性和可移植性大大缩短了研发周期。给出了系统软件的主程序和中断服务子程序等程序的流程图。介绍了软件系统的整体构成和各部分之间的关系。最后,根据设计需要给定参数,搭建了Matlab的仿真平台,给出稳态情况下和动态情况下的仿真实验结果并做出来分析,仿真实验验证了设计方法的可行和有效性。
【作者】孙成景；
【导师】葛立峰；
【作者基本信息】安徽大学，检测技术与自动化装置，2014，硕士
【关键词】三相PWM整流器；滑模控制；PI控制；前馈解耦；五段式空间矢量调制；DSP；

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