電壓型PWM整流器VSR及控制系統的matlab仿真訓練整流器原理與分類PWM(PulseWidthModulation)整流器是采用全控型器件組成的高頻整流電路。按橋路結構分類按直流儲能形式分類PWM整流器電壓型（VSR）電流型（CSR）半橋電路A理論部分整流器原理與分類VSR顯著特征：直流側采用電容進行直流儲能，從而使VSR直流側呈低阻抗的電壓源特性。CSR顯著特征：直流側采用電感進行直流儲能，從而使VSR直流側呈高阻抗的電流源特性。A理論部分整流器的控制方式間接電流控制(IndirectCurrentControl)：又稱為幅相控制,通過對整流器交流側電壓基波分量的幅值和相位進行控制，間接實現對網側電流的控制.直接電流控制(DirectCurrentContorl)：與間接電流控制主要區別在于引入了電流環，提高了系統的動態響應速度。直接電流控制中雙閉環控制是目前應用最廣泛，最實用化的控制方式，其中電壓外環是控制直流側電壓的，并給電流內環提供指令電流;電流內環則根據指令電流進行電流快速跟蹤控制.A理論部分3.三相橋式VSR的數學模型分類按坐標系按描述方式靜止坐標系(abc)模型旋轉坐標系(dq)模型開關函數描述模型占空比描述模型A理論部分3.三相橋式VSR的數學模型三相電壓型PWM整流器主電路A理論部分3.三相橋式VSR的數學模型uAO,uBO,uCO:對稱三相交流電源相電壓;ia,ib,ic:網側相電流;U0:直流輸出電壓;RL:負載;uab,ubc,uca:整流器的輸入電壓:iL:負載電流;N、O點:別為直流輸出中點和電源的中性點。A理論部分3.三相橋式VSR的數學模型整流電路橋側線電壓分析橋側線電壓表示為uab，ubc，uca。由于各相平衡，以uab為例:uab=uaN-ubNuaN是a對直流中點N間的電壓;ubN是b對N間的電壓.橋側線電壓是單極性PWM波，幅值為U0。uaN=U0/2S1導通-U0/2S4導通A理論部分3.三相橋式VSR的數學模型A理論部分3.三相橋式VSR的數學模型整流電路橋側相電壓分析Sa,Sb,Sc為開關信號，Sp(p=a,b,c)=1(上橋臂導通，上橋臂關斷);Sp(p=a,b,c)=0(下橋臂導通，上橋臂關斷);對整流器的交流側應用KVL：A理論部分3.三相橋式VSR的數學模型三相VSR在三相靜止坐標系下(a,b,c)的一般數學模型：A理論部分4.電壓矢量定向控制策略電壓矢量控制方案即為：為基于d-q軸同步速旋轉坐標系的電壓矢量控制方案。其中d-q軸是以指定速度轉動的二相旋轉坐標系。λ是d軸的定向角。電網相電壓為：各相電流基波分量：φ是相電流基波對相電壓的相位角，PWM整流器可以在φ為任意值下運行。A理論部分4.電壓矢量定向控制策略將兩相靜止坐標系的α軸與三相靜止坐標系中的a軸重合。將a相電壓定在兩相靜止坐標的β軸上.定義整流器網側相電壓和相電流的空間矢量分別為:A理論部分4.電壓矢量定向控制策略電壓矢量UN和電流矢量IN在α-β坐標系中以角速度ω隨時間按逆時針方向旋轉，并保持相位差φ不變。設旋轉直角d-q坐標系也以角速度ω在空間按逆時針方向旋轉，則在該坐標中的電壓、電流矢量均為靜止矢量，它們在坐標軸上的分量均為直流量。電流IN在d軸和q軸的分量可表示為:A理論部分4.電壓矢量定向控制策略電壓矢量定向控制策略是將兩相旋轉d-q坐標系的d軸定向為與電網電壓矢量UN同軸，把對網側相電流的控制轉化為對電流IN在d軸和q軸的直流分量的控制，從而簡化了PWM整流系統控制器的設計。A理論部分5.整流器開關控制信號的產生關鍵：確定六個開關管的開通狀態和時間。整流電路中GIBT的開關控制信號是采用SPWM方式,將正弦調制信號ug和對稱三角波載波信號uc進行比較產生的。IGBT的開關頻率固定,等于三角波載波信號的頻率fc。A理論部分5.整流器開關控制信號的產生各相正弦調制信號uga,ugb,ugc，幅值均為Ugm，頻率與網壓頻率相同;Ψ：各相正弦調制信號滯后網壓的角度，調制比m：Ucm：對稱三角波的幅值。A理論部分5.整流器開關控制信號的產生各相開關控制脈沖的寬度由ug和uc的交點決定。各相開關控制脈沖的特點:1.各相橋上下臂控制信號在相位上互補，以避免上、下橋臂直通而造成短路；2.各相開關控制信號的幅值相同，均為Ugm；3.任何時間，橋中有三個開關控制脈沖處于高電位，與此對應，此時有三個開關管處于導通狀態。4.各相脈沖占空比由調制比決定。A理論部分6.總結采用電壓矢量定向控制策略的三相橋式VSR雙閉環控制系統結構圖A理論部分6.總結電壓外環控制直流側的輸出電壓，并向電流內環提供指令電流。直流電壓調節器的直流輸出量作為電流IN的d軸分量的給定值，將它與q軸分量給定值一起利用二相旋轉d一q坐標系進行Park變換，將直流電流分量給定轉化為三相正弦電流給定，并把它作為電流調節器指令電流。電流內環能根據指令電流對網側相電流進行快速跟蹤控制。從電壓外環得到的指令電流與網側相電流比較，差值經電流PI調節器處理后與一個頻率固定的三角波信號相比較得到PWM控制信號。A理論部分6.總結如果指令電流比網側相電流大，其差值信號為正，經正弦波與三角波調制后，可使下橋臂整流器件導通，從而使網側相電流增加;如果差值信號為負，經正弦波與三角波調制后，可使上橋臂整流器件導通，網側相電流將減小。指令電流信號正弦波形越好，三角波的頻率越高(載波比高)，則整流器網側相電流波形的正弦因數就越高。這種方案，整流系統的開關頻率是固定的且與三角波的頻率相同，是一種線性化的PWM方法。A理論部分1.三相VSR系統控制結構圖B仿真部分2.主電路濾波環節直流側濾波i0為直流側輸出電流，iL是負載電流。交流側濾波B仿真部分3.主電路參數選擇交流側電感參數1.電感不能太小

2.電感不能太大B仿真部分3.主電路參數選擇直流側電容參數C設計電容時應兼顧兩個方面:

1.滿足電壓環控制的跟隨性指標，直流環節電容應盡量小，以確保

系統直流輸出電壓的快速跟蹤控制；2.滿足電壓環控制的抗擾性能指標，直流環節電容應盡量大，以限

制負載擾動時直流電壓的降落。B仿真部分直流側電容起到如下作用:穩定直流輸出電壓;抑制直流環節諧波電壓。4.坐標變換計算定向角λλ是電網電壓矢量UN的定向角。dq-abc變換Id*:電流矢量IN在d軸的分量，有功分量；Iq*:電流矢量IN在q軸的分量，無功分量。B仿真部分5.雙閉環控制系統的設計三相VSR控制電路應具有以下基本功能:1.實現網側電流正弦化，保證λ=1(或-1)；2.調壓:直流輸出電壓隨給定值U0*而變；3.穩壓:給定值不變時，UO應在網壓波動和負載變化時維持恒定。4.電路具有雙向傳輸電能的能力，即可實現電流的雙象限運行。B仿真部分5.雙閉環控制系統的設計設計雙環控制系統的一般原則是:

先設計內環后設計外環。設計步驟：先選擇調節器的結構，以確保系統穩定，同時滿足所需的控制精度。

再選擇調節器的參數，滿足動態性能指標。B仿真部分5.雙閉環控制系統的設計PWM整流系統的傳遞函數—電流內環以a相為例，Ψ是橋側線電壓Uba滯后UAO的相角。考慮電路工作在整流狀態時，Ia和UAO同相，φ=0。B仿真部分5.雙閉環控制系統的設計PWM整流系統的傳遞函數—電流內環慮到當控制電壓改變時，PWM整流器的輸出要到下一個周期才能改變，所以將脈寬調制器和PWM整流器合起來近似成一階小慣性環節，它的傳遞函數可以近似為：KPWM=U0/Ua*——脈寬調制器和PWM整流器的放大倍數；U0——

PWM整流器的輸出電壓；Ua*——脈寬調制器的控制電壓。脈寬調制器和PWM整流器的延時最大不超過一個開關周期，一般取開關周期的一半，所以c。B仿真部分5.雙閉環控制系統的設計PWM整流系統的傳遞函數—電流內環考慮到電流環快的跟隨性能，采用典型I型系統設計電流調節器。PI電流調節器的零點抵消控制對象中一個大的慣性環節，可使系響應更快；其中：B仿真部分5.雙閉環控制系統的設計PWM整流系統的傳遞函數—電流內環按典型I型系統參數的整定關系，當取系統阻尼比時，系統的動態性能最佳。PI電流調節器參數整定：積分飽和問題B仿真部分5.雙閉環控制系統的設計PWM整流系統的傳遞函數—電壓外環電流內環的化簡：閉環：按典型II型系統參數的整定關系：hv:中頻寬工程上一般取5B仿真部分6.開關信號的生成三角波載波發生器開關控制信號采用SPWM方式將調制信號ugn*(n=a,b,c)和對稱三角波載波信號uc進行比較產生開關控制信號.B仿真部分7.基于開關函數的VSR模型6個PWM開關邏輯信號a+，a-，b+，b-，c+，c-