三相电压型整流器毕业答辩解析

高功率因数的三相电压型整流器的研究答辩人：孙导师：桂2014年6月4日CentralSouthUniversity目录页contents01选题与研究内容02PWM整流器工作原理03数学建模04控制策略分析05电路参数的选取06仿真分析07设计总结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LT2C1C2+-负载usLT2C1C2+-负载usT1T3T4LaLbLcCfT1T3T5T4T6T2+-UdcabcUpaUpbUpcUbUaUcRfRcRaRb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（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原理负载负载）（导通、导通、cbajDVVVDVsjjjjj,,01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αβ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。ACBαβd3、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：⑴电网电动势为三相平衡正弦电动势；⑵电源的A、B、C三相电路的等效电阻均为R；三相电路的等效电感值均为L，且线性不考虑饱和。⑶开关器件皆为理想器件；⑷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；；⑸忽略开关死区时间。cbaeee、、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()aaaaNNOdiLRievvdtaNdcavus0()aaadcaNdiLRieusvdt0abceee0abciii0,,()33aNbNcNdcNkkabcvvvuvts三相平衡有：dcaabbcciisisisdcdcLaabbccLduueCsisisidtRLdccbakkkdccbajjkdckkkRusidtduCssueRidtdiL,,,,31三相VSR高频数学模型LdccbakkkdccbajjkdckkkRusidtduCssueRidtdiL,,,,31,,,,,,100()3100()3100()31/akkabcbkkabcckkabcabcLRssRssARsssssR000000000000LLZLC1000010000101000LBR[,,,]TabcdcXiiiu[,,,]TabcLEeeee,ZXAXBE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02ks1kd1kd1)(ts)(ts1cossin21nsknkktnndnds应用傅立叶变换：,,,,1,,100()3100()3100()31/akkabcbkkabcckkabcabcRddRddARdddddRBEXAX1111111CLLLdiagB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.直接电流控制-滞环控制负载负载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。a,b,cd,qPIPIa,b,cd,qPWMPI负载U*dUd-u*pdu*pq6u*pau*pbu*pcI*q=0I*dIqIdL~三相VSRia,b,c解耦算法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。LLaebece1V3V5V4V6V2V1D3D5D4D6D2Dabc同步变压器电压采样定理A电压相位检测电流采样定理电压采样定理空间矢量脉宽调制（SVPWM)发生器电动势3s/2r变换网侧电流3s/2r变换解耦算法L*到dq变换PIPIPICRdcu*dcude0qe0*qi*di0qeaecebeaibicidiqi*du*qu*u*uLde4、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。u*dc--1iaTsssKuuu1CS1idc-udcAURiLid*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CfVD1V4Lsuab+-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6|Up|≤udc6、仿真分析滞环电流控制Discrete,Ts=5e-006s.powerguiphasecphasebphaseai+-ici+-ibi+-iaUdcid*currentPIcontrolNABCVoltageSourcev+-gABC+-UniversalBridgeiaibicphaseaphasebphasecid*sasbscSubsystemABCABCSeriesRLSaSbScpulsePWMM_viM_vM_Udc[pulse][pulse]Gotov+-6、仿真分析电压空间矢量（SVPWM）控制U_AU_BU_Cu_arfau_betau3s2u2su_arfau_betasin_thetacos_thetaUdUqu2s2u2ru_arfau_betasin_thetacos_thetau2s2thetaDiscrete,Ts=3e-005s.powerguiidqI_AI_BI_Csin_thetacos_thetaidiqi3s2i2r0constantedeqsin_thetacos_thetae_arfae_betaa2d_e2r2e2si*qi*diqiduqudUpqUpda2d_closedloopv+-v+-V3v+-V2v+-V1UpqdTestPIUdcPIUdcreal1Udcreal700UdcUabTestSeriesRLCBranch3SeriesRLCBranch2SeriesRLCBranch1PFgCEIGBTD6gCEIGBTD5gCEIGBTD4gCEIGBTD3gCEIGBTD2gCEIGBTD1i+-I3i+-I2i+-I1g12DSU62g12DSU61g12DSU52g12DSU51g12DSU42g12DSU41g12DSU32g12DSU31g12DSU22g12DSU21g12DSU12g12DSU110DCU621DCU610DCU521DCU510DCU421DCU410DCU321DCU310DCU221DCU210DCU121DCU11UalfaUbetaUdcpulseA2D_SVPWM7、设计总结总结与展望论文内容论文中的不足及展望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