1、 電力電子課程設計 課程設計報告 題目： 三相電壓型PWM整流器與仿真 專業、班級： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 內容得分1、三相橋式電路的基本原理（10分）2、整流電路基本原理（10分）3、pwm控制的基本原理（10分4、三相電壓型pwm整流電路仿真模型（30分）5、結果分析（30分）6、程序文件（10分）總分 2015年 1 月 6 日摘要：敘述了建立三相電壓型PWM整流器的數學模型。在此基礎上，使用功能強大的MATLAB軟件進行了仿真，仿真結果證明了方法的可行性。關鍵詞：整流器；PWM；simulink 目 錄一 任務書11.1 題目11.2 設計內容及要求11.3 報告要求1二

2、基礎資料22.1 三相橋式電路的基本原理22.2 整流電路基本原理42.3 pwm控制的基本原理62.4 PWM整流器的發展現狀6三 設計內容83.1 仿真模型83.2 各個元件參數113.3 仿真結果133.4 結果分析15四 總結15五 參考文獻15一 任務書1.1 題目 三相電壓型PWM整流器仿真1.2 設計內容及要求 設計三相電壓型PWM整流器及其控制電路的主要參數，并使用MATLAB軟件搭建其仿真模型并驗證。 設計要求(pwm整流器仿真模型參數): (1)交流電源電壓600V，60HZ (2)短路電容30MVA (3)外接負載500kVar，1MW (4)變壓器變比 600/240V

3、 (5)0.05s前，直流負載200kw，直流電壓500V，0.05s后，通過斷路器并聯一個相同大小的電阻。1.3 報告要求 (1)敘述三相橋式電路的基本原理 (2)敘述整流電路基本原理 (3)敘述pwm控制的基本原理 (4)記錄參數（截圖） (5)記錄仿真結果，分析濾波結果 (6)撰寫設計報告 (7)提交程序源文件二 基礎資料 2.1 三相橋式電路的基本原理在三相橋式電路中，對共陰極組和共陽極組是同時進行控制的，控制角都是。由于三相橋式整流電路是兩組三相半波電路的串聯，因此整流電壓為三相半波時的兩倍。很顯然在輸出電壓相同的情況下，三相橋式晶閘管要求的最大反向電壓，可比三相半波線路中的晶閘管低

4、一半。 為了分析方便，使三相全控橋的六個晶閘管觸發的順序是1-2-3-4-5-6，晶閘管是這樣編號的：晶閘管KP1和KP4接a相，晶閘管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相。晶閘管KP1、KP3、KP5組成共陰極組，而晶閘管KP2、KP4、KP6組成共陽極組。 為了搞清楚變化時各晶閘管的導通規律，分析輸出波形的變化規則，下面研究幾個特殊控制角，先分析=0的情況，也就是在自然換相點觸發換相時的情況。圖1是電路接線圖為了分析方便起見，把一個周期等分6段（見圖2）。在第（1）段期間，a相電壓最高，而共陰極組的晶閘管KP1被觸發導通，b相電位最低，所以供陽極組的晶閘管KP6被觸發導通。這時電

5、流由a相經KP1流向負載，再經KP6流入b相。變壓器a、b兩相工作，共陰極組的a相電流為正，共陽極組的b相電流為負。加在負載上的整流電壓為ud=ua-ub=uab經過60°后進入第(2)段時期。這時a相電位仍然最高，晶閘管KPl繼續導通，但是c相電位卻變成最低，當經過自然換相點時觸發c相晶閘管KP2，電流即從b相換到c相，KP6承受反向電壓而關斷。這時電流由a相流出經KPl、負載、KP2流回電源c相。變壓器a、c兩相工作。這時a相電流為正，c相電流為負。在負載上的電壓為ud=ua-uc=uac再經過60°，進入第(3)段時期。這時b相電位最高，共陰極組在經過自然換相點時，觸

6、發導通晶閘管KP3，電流即從a相換到b相，c相晶閘管KP2因電位仍然最低而繼續導通。此時變壓器bc兩相工作，在負載上的電壓為ud=ub-uc=ubc余相依此類推。2.2 整流電路基本原理 整流電路分為半波整流、全波整流和橋式整流，下面依次介紹。 (1)半波整流 半波整流電路是一種最簡單的整流電路。它由電源變壓器B、整流二極管D和負載電阻Rfz，組成。變壓器把市電電壓(220V)變換為所需要的交變電壓e2，D再把交流電變換為脈動直流電。變壓器砍級電壓e2，是一個方向和大小都隨時間變化的正弦波電壓。在0K時間內，e2為正半周即變壓器上端為正下端為負。此時二極管承受正向電壓面導通，e2通過它加在負載

7、電阻Rfz上，在2時間內，e2為負半周，變壓器次級下端為正；上端為負。這是D承受反向電壓，不導通，Rfz上無電壓。在23時間內，重復0時間的過程，而在34時間內，又重復2時間的過程這樣反復下去，交流電的負半周就被“削”掉了，只有正半周通過Rfz，在Rfz上獲得了一個單一右向的電壓，達到了整流的目的，但是，負載電壓Usc以及負載電流的大小還隨時間而變化，因此，通常稱它為脈動直流。 這周除去圖下半周的整流方法，叫半波整流。不難看出，半波整流是以犧牲一半交流為代價而換取整流效果的，電流利用率很低，因此常用在高電壓、小電流的場合，而在一般無線電裝置中很少采用。 (2)全波整流 如果把整流電路的結構作一

8、些調整，可以得到一種能充分利用電能的全波整流電路。 全波整流電路，可以看作是由兩個半波整流電路組成的。變壓器次級線圈中間需要引出一個抽頭，把次組線圈分成兩個對稱的繞組，從而引出大小相等但極性相反的兩個電壓e2a 、e2b ，構成e2a 、D1、Rfz與e2b 、D2、Rfz ，兩個通電回路。 全波整流電路的工作原理，可用圖5-4 所示的波形圖說明。在0間內，e2a 對Dl為正向電壓，D1 導通，在Rfz 上得到上正下負的電壓；e2b 對D2為反向電壓，D2 不導通。在-2時間內，e2b 對D2為正向電壓，D2導通，在Rfz 上得到的仍然是上正下負的電壓；e2a 對D1為反向電壓，D1 不導通。

9、 帶平衡電抗器的雙反星型可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路是將整流變壓器的兩組二次繞組都接成星形，但兩組接到晶閘管的同名端相反；兩組二次繞組的中性點通過平衡電控器LB連接在一起。 (3) 橋式整流 橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成“橋”式結構，便具有全波整流電路的優點，而同時在一定程度上克服了它的缺點。 橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周是，對D1、D3加正向電壓D1，D3導通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構成e2、Dl、Rfz 、D3通電回路，在Rfz ，上形成上正下負的半波整流電壓，e2為負半周時，對D2、D4加

10、正向電壓，D2、D4導通；對D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構成e2、D2Rfz 、D4通電回路，同樣在Rfz 上形成上正下負的另外半波的整流電壓。 如此重復下去，結果在Rfz ，上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖5-6中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級電壓的最大值，比全波整流電路小一半。 三相橋式全控電路TR為三相整流變壓器，其接線組別采用Y/Y-12。VT1VT6為晶閘管元件，FU1FU6為快速熔斷器。TS為三相同步變壓器，其接線組別采用/Y-11。P端為集成化六脈沖觸發電路+24V電源輸出端，接脈沖變壓器一次繞組連接公共端

11、。P1P6端為集成化六脈沖觸發電路功放管V1V6集電極輸出端，分別接脈沖變壓器一次繞組的另一端。UC端為移相控制電壓輸入端。 三相橋式半控整流電路與三相橋式全控整流電路基本相同，僅將共陽極組VT4，VT6，VT2的晶閘管元件換成了VD4，VD6，VD2整流二極管，以構成三相橋式半控整流電路。 2.3 pwm控制的基本原理PWM又叫脈沖寬度調制，原理如下： PWM基本原理：控制方式就是對逆變電路開關器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個周期中產生多個脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定

12、的規則對各脈沖的寬度進行調制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N個彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于 /n ，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點和相應正弦等分的中點重合，且使矩形脈沖和相應正弦部分面積（即沖量）相等，就得到一組脈沖序列，這就是PWM波形。可以看出，各脈沖寬度是按正弦規律變化的。根據沖量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對于正弦的負半周，也可以用同樣的方法得到P

13、WM波形。在PWM波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時，只要按同一比例系數改變各脈沖的寬度即可，因此在交直交變頻器中，PWM逆變電路輸出的脈沖電壓就是直流側電壓的幅值。根據上述原理，在給出了正弦波頻率，幅值和半個周期內的脈沖數后，PWM波形各脈沖的寬度和間隔就可以準確計算出來。按照計算結果控制電路中各開關器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。2.4 PWM整流器的發展現狀PWM整流器的研究始于20世紀80年代，這一時期由于自關斷器件的日趨成熟及應用，推動了PWM技術的應用與研究。1982年Busse Alfred,Holtz Joachim首先提出了基于可關斷器件的三

14、相全橋PWM整流器拓撲及其網側電流幅相控制策略，并實現了電流型PWM整流器網側單位功率因數正弦波電流控制。1984年Akagi Hirofumi等提出了基于PWM整流器拓撲的無功補償器控制策略，這實際上就是電壓型PWM整流器早期設計思想。到20世紀80年代末，隨著A. W. Green等人提出了基于坐標變換的PWM整流器連續離散動態數學模型及控制策略，PWM整流器的研究發展到一個新的高度。自20世紀90年代以來，PWM整流器一直是學術界關注和研究的熱點。隨著研究的深人，基于PWM整流器拓撲結構及控制的拓展，相關的應用研究也發展起來，如有源濾波器、超導儲能、交流傳動、高壓直流輸電以及統一潮流控制

15、等，這些應用技術的研究，又促進了PWM整流器及其控制技術的進步和完善。這一時期PWM整流器的研究主要集中于以下幾個方面:(1) PWM整流器的建模與分析;(2)電壓型PWM整流器的電流控制;(3)主電路拓撲結構研究;(4)系統控制策略研究;(5)電流源型PWM整流器研究; 當前主要的研究領域有如下五個方面:(1)關于PWM整流器的建模研究(2)關于電壓型PWM整流器的電流控制策略研究(3)關于PWM整流器拓撲結構的研究(4) PWM整流器系統控制策略的研究 隨著PWM整流器及其控制策略研究的深入，研究人員相繼提出了一些較為新穎的系統控制策略，分述如下:(1)無電網電動勢傳感器及無網側電流傳感器

16、控制 (2)基于Lyapunov穩定性理論的PWM整流器控制(3)PWM整流器的時間最優控制 (4)電網不平衡條件下的PWM整流器控制三 設計內容 3.1 仿真模型 三相電壓型pwm整流電路仿真模型 圖3-1-1DC regulator結構圖3-1-2Controller結構圖3-1-3Anti-aliasing結構圖3-1-4DC Voltage Regulator結構圖3-1-5Current Regulators結構圖3-1-6PID結構圖3-1-73.2 各個元件參數 交流電源電壓、短路電容：圖3-2-1 外接負載：圖3-2-2 變壓器變比：圖3-2-33.3 仿真結果Ctrl_Sig

17、nals仿真結果 圖3-3-1Vab_VSC仿真結果圖3-3-2Vdc仿真結果圖3-3-3Vala仿真結果圖3-3-4PQ仿真結果圖3-3-53.4 結果分析由上圖可以看出，0.05s前，仿真波形是類似正弦波，0.05s后，波形逐漸平穩，最后變成一條直線，可以得知，此整流器有整流的效果。理論上經過整流器濾波后應該馬上出現一條趨近于直線的上下波動的波形，但是仿真中有元器件的響應時間和部分干擾，啟動時電流波形較亂、幅值過大，但是電流波形較好，響應時間僅為0.05s，可以看出整流效果不錯。 四 總結拿到任務書時，我根據仿真模型在MATLAB中找各個元件，雖然任務書中已經給出了元件位置，但是還是有許多元件找不到，于是上百度，找simulink元件庫，從中找到各元件，再按圖連線，花了很久才搭建好模型。隨后查閱資料，了解電路的原理，在此基礎上看