工学硕士学位论文
(同等学力)
三相三电平整流器的研究
VIENNA
刘平
哈尔滨工业大学
2006 年6 月
国内图书分类号：TM461.5 国际图书分类号：621.3
工学硕士学位论文
(同等学力)
三相三电平 整流器的研究
VIENNA 硕 士 研 究 生： 刘平 陈希有教授 工学
硕士 电工理论与
新技术 黑河学院
2006 年 6月 哈
尔滨工业大学
导 师： 申请学位级别：
学 科 、专 业：
所 在 单 位：
答 辩 日 期： 授予学位单位：
Classified Index：TM461.5
U.D.C.：621.3
A Dissertation for the Master Degree in Engineering
(Equivalent Education Level)
THE RESEARCH OF THE THREE-PHASE THREE-LEVEL VIENNA RECTIFIER
Candidate：
Supervisor：
Academic Degree Applied for：Liu Ping
Prof. Chen Xiyou
Theory and Advanced Technology of Electrical Engineering
Electrical Engineering
Heihe College
June,2006
Harbin Institute of Technology
Specialty：
Affiliation：
Date of Defence：
Degree-Conferring-Institution：
本文
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
减少电网谐波污染、提高电力整流装置的功率因数是电力电子研究领域的重要课题。随着绿色能源技术的快速发展，PWM 整流器技术已成为电力电子技术研究的热点和亮点。因为它可以降低电网污染并实现可调整的功率因数。
在整流器领域，三相三电平PWM 整流器具有功率因数高、谐波小等优点，己经成为国内外研究的热点之一，因此对三相三电平PWM 整流器进行深入研究具有重要的现实意义。
研究了新颖的三相三电平VIENNA 整流器。首先通过对电力整流技术的文献综述，分析了当前整流技术存在的不足以及工业应用对电力整流器的技术要求，进而阐明了本文的研究目的、意义和价值。
其次分析了三相三电平VIENNA 整流器的基本工作原理，对VIENNA 整流器的数学模型进行了研究，建立了三相三电平VIENNA 整流器在三相静止坐标系、两相旋转坐标系下的数学模型。
然后将空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的控制方法应用于VIENNA 整流器，利用代数和几何方法判断电压扇区，导出了占空比等重要计算公式，实现了VIENNA 整流器的空间矢量调制。基于减小谐波和使功率因数等于1 的原则，设计了VIENNA 整流器主电路的参数，并给出了网端电感和输出端电容的设计方法。
最后综合运用控制系统仿真软件MATLAB 和通用电路仿真软件PSPICE，建立了VIENNA 整流器的系统仿真模型，对三相三电平VIENNA 整流器进行了系统仿真，仿真结果表明了理论分析的正确性和可行性。
关键词数学模型；VIENNA 整流器；空间矢量调制；谐波分析；仿真
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Abstract
Eliminating harmonic pollution and improving power factor of the power converter is an important subject in the field of power electronics. With the fast developing technology of green energy, an ever-enhanced attention has been focused to the PWM rectifier in the field of power electronics. Characterize of pollution-free and adjustable power factor.
In rectifier field，because of its advantages of high power factor and low harmonic pollution, the study on the three-phase three-level PWM rectifier is focused by many researchers. So it has an important meaning to study the three-phase three-level PWM rectifier.
This paper describes the results of the three-level VIENNA rectifier-a novel single-stage three-phase PWM rectifier system. After summarizing the power rectifier technique, this article firstly analyzes the disadvantages of the rectifier technique and the requirements of the power rectifier for the use of industry. The purpose of the study is presented.
Secondly, the principles of the three-phase voltage source VIENNA rectifier are analyzed. In this paper, we study the mathematical model of a three-phase three-level VIENNA rectifier’s circuit. The models of the three-phase three-level VIENNA rectifiers in static frame and two-phase rotation frame are established.
Thirdly, we study the theory and the control way of the space-voltage vector PWM (SVPWM) in detail. The formulas of the duty cycles of space voltage vectors are presented by estimating the sector through the method of algebra and geometry. The VIENNA rectifier is modulated by space vector PWM algorithm. The rules to identify the parameters of the VIENNA rectifier circuit and inductance and capacitance are obtained.
Finally, the correctness and feasible of theoretical analysis is verified by the three-phase three-level VIENNA rectifier of system simulation based on MATLAB and PSPICE simulation package. The simulation results show that this method is recommendable in designing SVPWM rectifier.
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Keywords Mathematical model; VIENNA rectifier; Space Vector Modulation;
Harmonic; Simulation
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目录
摘要 (1)
Abstract ....................................................................................................................... II
第1 章绪论 (1)
1.1 课题研究的背景及意义 (1)
1.2 整流技术发展现状 (2)
1.2.1 PWM整流器 (2)
1.2.2 多电平变换技术 (3)
1.2.3 VIENNA整流器 (4)
1.3 课题研究的主要内容 (5)
第2 章VIENNA整流器的原理和数学模型的建立 (7)
2.1 VIENNA整流器工作原理 (7)
2.2 ABC三相静止坐标系数学模型的建立 (8)
2.3 dq坐标系数学模型的建立 (14)
2.4 整流器的电流控制分析 (16)
2.5 本章小结 (17)
第3 章VIENNA整流器的控制策略 (18)
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 关于PWM整流器控制方法 (18)
电压空间矢量SVPWM调制机理 (19)
三电平空间矢量(SVPWM)调制策略 (22)
优化方案的设计 (27)
本章小结 (28)
第4 章VIENNA整流器参数设计 (30)
4.1 交流侧电感的设计 (30)
4.1.1 满足快速电流跟踪要求的电感设计 (31)
4.1.2 满足谐波要求的设计 (33)
4.2 直流侧电容的选择 (34)
4.2.1 负载突减时的电容设计 (35)
4.2.2 满足直流电压跟随性指标的电容设计 (36)
4.3 本章小结 (38)
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第5 章VIENNA整流器的仿真研究 (39)
5.1 仿真电路模型 (39)
5.2 仿真分析 (40)
5.2.1 电路参数的选择 (40)
5.2.2 仿真波形 (40)
5.3 本章小结 (43)
结论 (44)
参考文献 (45)
攻读学位期间发表的学术论文 (49)
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 (50)
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 (50)
哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理 (50)
致谢 (51)
个人简历 (52)
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第1章绪论
1.1 课题研究的背景及意义
在电能变换技术中，电力电子装置发挥着重要作用。电力电子器件决定着整个电力变换装置的性能、成本、质量与体积。但由于这些器件的非线性特性，在进行电能变换时，必然要引起电压、电流波形的畸变，产生大量谐波。实际上，电力电子变换装置是电力系统谐波的主要来源。
电力系统中谐波的危害可概括为以下几个主要方面[1]：
1)增加电力网发生谐振的可能性，从而造成过电流或过电压，引发事故；
2)增加附加损耗，降低发电、输电及用电设备的效率；
3)使电气设备(如旋转电机、电容器、变压器等)运行不正常，加速绝缘老化，从而缩短其使用寿命；
4)使继电保护、自动装置误动作；
5)使计量仪器误差增加；
6)干扰通信系统，降低信号的传输质量，甚至损坏通信设备。大多数直流
(DC)电源都是通过对交流(AC)电源的整流来获取的。整流器的
性能将直接影响到公共电网的质量。目前，大部分电力电子装置所使用的直流电源是通过不可控整流或相控整流得到的，这些设备在运行中向电网注入大量的谐波和无功功率，造成了严重的电网污染。由此引起的公用电网谐波污染问题受到了人们的重视。国际电工委员会(IEC)制定的IEEE555-2 标准对用电装置的功率因数和波形失真度作了具体的限制，欧洲也制定了相应的IEC-1000-3-2 标准。我国于1993 年由国家技术监督局发布了国家标准《电能质量-公用电网谐波》(GB/T 14549-1993)，并于1994 年3 月1 日起正式执行[2]。
为了解决电力电子装置的谐波污染问题，可以装设谐波补偿装置，或者设计新型的电力电子装置，使其不产生谐波，且功率因数为1。三相PWM 电压源整流器(V oltage Source Rectifier，简称VSR)与传统的二极管整流器和可控硅整流器相比，具有交流侧输入电流谐波小、功率因数可调、直流侧电压波动小、能量可双向流动等特点。因此近年来，无论是其理论研究还是工程应用都受到人们的广泛关注。
本文所研究的VIENNA整流器是在二极管钳位三电平变换器的基础上发展
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而来的三相三电平整流器，它是整流器家族的一个重要成员[3,4]。其高功率因数、低谐波的特性可以有效解决电网污染问题。
1.2 整流技术发展现状
随着现代控制理论、微处理器技术以及现代电子技术的发展，整流器的应用和研究有了突破性进展。
1.2.1 PWM 整流器
传统相控式低频整流电路采用半控型功率器件作为开关，用相控方式实现电压调节和换流。这种电路的优点是主电路结构简单，控制比较方便，由于使用较早，技术成熟，晶闸管价格便宜，因而使用比较广泛。但是，它存在网侧功率因数不高、导致电网电压波形畸变、调节性能差等不足。
随着电力电子技术的发展，功率半导体开关器件性能不断提高，已从早期广泛使用的半控型功率半导体开关，如普通晶闸管(SCR)发展到如今性能各异且类型诸多的全控型功率开关，如双极型晶体管(BJT)、门极关断晶闸管(GTO)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、集成门极换向晶闸管(IGCT)、功率场效应晶体管(MOSFT)以及场控晶闸管(MCT)等。而20 世纪90 年代发展起来的智能功率模块(Intelligent Power Module, IPM)开创了功率半导体开关器件新的发展方向[5]。功率半导体开关器件技术的进步，促进了电力电子变流装置技术的迅速发展，出现了以脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM)控制为基础的各类变流装置，如变频器、逆变电源、高频开关电源以及各类特种变流器等，这些变流装置在国民经济各领域中取得了广泛应用。但是，目前这些变流装置很大一部分需要整流环节以获得直流电压，而传统的整流环节会造成严重的电网“污染”。因此，作为电网主要“污染”源的整流器，首先受到了学术界的关注，并开展了大量研究工作。其主要思路就是将PWM技术引入到整流器的控制之中，使整流器网侧电流正弦化且可运行于单位功率因数[6]。
经过几十年的发展，PWM 整流器技术已日趋成熟。PWM 整流器主电路已从早期的半控型器件发展到如今的全控型器件；其拓扑结构已从单相、三相电路发展到多项组合及多电平拓扑电路；功率从千瓦级发展到兆瓦级。
PWM整流器可分为电压源型PWM整流器和电流源型PWM整流器两种，与电流源型整流器相比，电压源型整流器直流侧脉动小，输入电流连续而且简便易行，因此电压源型PWM整流器成为当今主要研究对象。电压源型PWM整流
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器的控制思路是：保证直流侧输出电压恒定情况下，使交流侧输入电流尽可能与电网电压同相位，从而达到提高功率因数和消除谐波的目的[7]。根据能量是否可双向流动，派生出两类不同拓扑结构的PWM 整流器，即
可逆PWM 整流器和不可逆PWM 整流器。本论文研究的VIENNA 整流器是能量只能单向流动的不可逆PWM 整流器。
近年来，随着电工领域各种技术的全面发展，人们对电力电子装置的高压、大功率和高频化的要求越来越强烈，人们希望电力电子装置能够处理越来越高的电压等级和容量等级。多电平变换器也就是在这种背景下成为高压大功率变换研究的热点。
1.2.2 多电平变换技术
一般认为，现在统称的多电平变换器的概念最早是由日本长冈科技大学A.Nabae等人提出的[8]。其基本原理是将多个直流电平合成阶梯波，更加接近正弦输出电压。一般来说，电平数越多，输出电压波形越逼近正弦波，波形的谐波含量越少。1983 年，Bhagwat等人在此基础上，将三电平电路推广到任意n电平[9]，对NPC(Neutral Point Clamped)中性点箝位电路及其统一结构作了进一步的研究。这些工作为高压大功率变换器的研究提供了一条崭新的思路。实际电路中电平数超过三时会遇到许多困难，其硬件电路过于复杂，控制算法也较繁，故实际的电路多以三电平变换为主。
多电平变换器之所以成为高压大功率变换研究的热点，是因为它具有以下突出优点[6]；
1)每个功率器件仅承受1/(n-1)的母线电压(n 为电平数)，所以可以用低耐压器件实现高压大功率输出，且无需动态均压电路；
2)电平数的增加，改善了网侧电压波形，减小了输入电压波形畸变(Total Harmonic Distortion, THD)；
3)可以以较低的开关频率获得和高开关频率下两电平变换器相同的输入电压波形，因而开关损耗小，效率高；
4)由于电平数的增加，在相同的直流母线电压条件下，较之两电平变换器其du/d t 应力要低，同时改善了装置的电磁干扰(Electromagnetic Interference, EMI) 特性。
从目前所报道的各种多电平变换器主电路拓扑结构来看，主要可归结为四种基本的拓扑结构：1) 二极管钳位型(Diode-clamp)；2) 飞跨电容型
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(Flying-capacitor)；3)具有独立直流电源的级联逆变器型(Cascaded-inverters with Separate DC Sources)；4)混合的级联型多电平变换器[10]。
1.2.3 VIENNA 整流器
在多电平变换器基本拓扑结构的基础上，许多改进的电路拓扑被提出。VIENNA 整流器就是对二极管钳位型三电平整流器的一种改进和发展。在三相整流器中，多采用三电平PWM整流器来减少谐波，但从国内的一些
文献[11,12]来看，大多采用的是二极管钳位型三电平PWM整流电路，如图1-1 所示。
图1-1 三相三电平电压型VSR 主电路图
Fig.1-1 Main circuit of three-phase three-level voltage VS R
二极管箝位型多电平变换器的优点是便于双向功率流控制，功率因数控制方便。但电路有以下一些不足之处：
1)需要大量钳位二极管；
2)每桥臂内外侧功率器件的导通时间不同，造成负荷不一致；
3)存在直流分压电容电压不平衡问题；
4)其开关器件较多，开关损耗大，控制复杂。本文所研究的VIENNA整流
器是在二极管钳位型三电平整流器基础上用一
双向开关电路来完成钳位功能，如图1-2 所示。经分析其数学模型和二极管钳
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位型三电平整流器是等效的，而VIENNA整流器的可控器件减为三个，大大降低了开关损耗，同时也可降低整流器的成本[13~15]。与二极管钳位三电平整流器比较，VIENNA 整流器有如下特点：优点：1)在相同的电平数下，开关器件由12 个减小为3 个；因而开关损耗
小，效率高；
2)电路得到简化、可靠性更高；
3)简化了控制环节，降低成本和体积。
缺点：1)能量只能单向传递；
2)同样需要大量的二极管；
3)存在直流分压电容电压不平衡问题。
图1-2 VIENNA 整流器主电路
Fig.1-2 Main circuit of the VIENNA rectifier
1.3 课题研究的主要内容
本文对VIENNA 整流器的主电路进行了设计和仿真，从电路的结构和器件参数方面，给出了设计参考。首先，分析了VIENNA 整流器的工作原理，利用d-q 变换建立了VIENNA 整流器的数学模型。其次，研究了空间矢量调制原理在VIENNA 整流器中的应用，在此基础上编制了仿真程序。再次，从电路模型入手，本着使功率因数为一和减小谐波的原则，给出了电感和电容的设计方法。最后，通过设计的VIENNA 整流器仿真电路模型，检验了理论分析的正确性，为进一步深入分析奠定了基础。
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本文结构如下：
第一章为绪论部分，介绍了近年来国内外关于PWM 整流器研究现状及课题研究的背景和意义。
第二章分析了VIENNA 整流器的工作原理和电路的数学模型。第三章研究了SVPWM 控制策略，推导了VIENNA 整流器的相应控制方程。第四章讨论了VIENNA 整流器的谐波、功率因数和电感、电容的关系，提
出了电路参数设计方法。
第五章首先在PSPICE 环境下搭建了仿真电路模型，用MATLAB 编制了控制程序，并把控制数据输出给PSPICE，最后进行了仿真验证。
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第2章 VIENNA 整流器的原理和数学模型的建立
2.1 VIENNA 整流器工作原理
在VIENNA 整流器的主电路(图 1-2)中交流侧的 L S 为等值电感，用于抑制高 次谐波和平衡桥臂终端电压和电网电压的作用； R S 为等值电阻，通常情况下较 小，可以忽略不计；C 1，C 2为滤波电容，为高次谐波电流提供低阻抗通路，减 少直流电压纹波，同时还有平衡中点电位的作用。每相有一个由全控开关器件 (分别是S A , S B , S C )和四个二极管组成的双向开关，如图 2-1 所示，每只开关将承 担直流侧电压的一半。
图2-1 VIENNA 整流器的双向开关
Fig.2-1 Bidirectional switches of the VIENNA rectifier
下面介绍VIENNA 整流器的工作原理： 设三相输入电压为
?u a = U m
cos(ωt ) ??u b = U m cos(ωt ? 2π / 3)(2-1)
??u c = U m cos(ωt + 2π
/ 3)
三相电压波形如图 2-2 所示。
以 0 ≤ ωt ≤ π / 6 为例，说明三相电压在整流状态时的工作情况。在这个区间
A 相的输入电压始终为正，
B 、
C 相的输入电压始终为负。设开关管导通时为 1， 关断时为 0。则三相开关有 23 = 8 种状态，分别如下：
状态 0(0,0,0)：开关管 S a ， S b ， S c 关断，电压 u AO = u dc /2 ， u BO = ?u dc /2 , u CO = ?u dc /2 正向电流对电容C 1及C 2充电。
状态 1(0,0,1)：开关管 S a ， S b 关断 S c 开通，电压u AO = u dc /2 ，u BO = ?u dc /2 , u =0 正向电流对电容C 充电，C 通过直流侧负载放电。
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图 2-2 输入电压波形 Fig.2-2 Input voltage waveforms
状态 2(0,1,0)：开关管 S a ， S c 关断， S b 开通，电压 u AO = u dc /2 ， u BO =0， u CO = ?u dc /2 ，正向电流对电容C 1充电，C 2通过直流侧负载放电。
状态 3(0,1,1)：开关管 S a 关断，S b ，S c 开通，电压u AO = u dc /2 ，u BO =0， u CO =0， 正向电流对电容C 1充电，C 2通过直流侧负载放电。
状态 4(1,0,0)：开关管 S a 开通， S b ， S c 关断，电压u AO =0， u BO = ?u dc /2 ， u CO = ?u dc /2 ，C 1通过直流侧负载放电，正向电流对电容C 2充电。
状态 5(1,0,1)：开关管 S a 开通, S b 关断，S c 开通，电压u AO =0，u BO = ?u dc /2 ， u CO =0，C 1通过直流侧负载放电，正向电流对电容C 2充电。
状态 6(1,1,0)：开关管 S a ，S b 开通，S c 关断，电压u AO =0，u BO =0，u CO = ?u dc /2 ， C 1通过直流侧负载放电，正向电流对电容C 2充电。
状态 7(1,1,1)：开关管 S a ， S b ， S c 开通，电压u AO =0，u BO =0，u CO =0，C 1， C 2通过直流侧负载放电。
由上面可推知线电压u AB 可产生四个电平： u dc ， u dc /2 ， ?u dc /2 ，0，其绝 对值是三个，组成了三电平。u BC ，u CA 也由三电平组成。用这三个电平合成的 阶梯波，接近正弦输出电压。其它扇区可仿照上面推得。
建立研究对象的数学模型，是深入研究和分析对象的工作机理、特性，以 及提高系统控制性能的基础和必要手段。
2.2 ABC 三相静止坐标系数学模型的建立
基于能量守恒的 PWM 整流器的低频数学模型，反映的是整流器中的各个 物理量，如输入电压、电流和输出电压、电流等之间的物理关系，本质上是一
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种忽略高次谐波的状态平均模型，适于作系统级的分析和设计。而基于开关函 数的整流器高频数学模型，在基本不做简化设计基础上考虑了开关过程引入的 高次谐波，是对实际的 PWM 调制过程的更为精确的描述。
如图 2-3 所示，为方便，开关函数S ij 可分为三类S ap ，S ao ，S an ；S bp ，S bo ，S bn ； S cp ，S co ，S cn 。
图 2-3 VIENNA 整流器的开关函数等效电路图
Fig.2-3 The equivalent circuit of switching function
定义开关函数如下
? 1 i 与j 连
通 ( i = a, b, c ； j = p, o, n )
S ij = ? 0
(2-2)
其它 ?
另设 A 、B 、C 三点的等效开关函数为 S a ，S b ，S c
?
1 i 与p 连通
i 与o 连通 i 与n 连通
?(2-3)
S i = 0??
对输入端有等效电路，如图 2-4 所示。
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图 2-4 VIENNA 整流器输入端等效电路图
Fig.2-4 Equivalent circuit of the VIENNA rectifie r
根据图 2-4 所示等效电路，由 Kirchhoff 电压定律，列出交流侧 A,B,C 三相 回路的电压方程：
d i a
+ R i
? u = ?? u = ?u ?S S a a AO
ON A N d t ?d i b
+ R i ? u = ?? u = ?u (2-4)
?S S b b BO
ON BN
d t ??d i c
+ R i
? u = ? u = ?u ?S S c c CO
ON CN
d t ?
式中 L S 是整流器交流输入侧电感，R S 是整流器交流输入侧等效电阻。u ON 是 直流侧中点与电网三相中点的电压差，u a , u b , u c 是电源三相电压，u AO , u BO , u CO 为
交流输入端到直流中点间的电压差，可用开关函数表示为：
u dc
?u = S ??
AO a 2 u dc
?u = S (2-5)
??
BO b
2 u dc
??u
= S CO c 2 ?根据i a + i b + i c = 0 ，由(2-4)式得u ON 的表达式
u AO + u BO + v CO u a + u b + u c
u =? + (2-6)
ON
3 3
从而得到
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S a + S b + S c ) u dc u a + u b + u c
?u = (S ? + ?AN
a 3 2 3
u a + u b + u c
?
S a + S b + S c ) u dc ?u = (S ? + (2-7)
?BN b
3 2 3 u a + u b + u c
?
?S a + S b + S c ) u dc = (S ? + u ?CN
c 3 2 3 ?
对于对称的三相平衡无中线系统中，始终有
u a + u b + u c = 0 (2-8) u AO + u BO + u CO
故
u =? (2-9)
ON
3 S a + S b + S c ) u dc
?u = (S ? ??
AN a 3 2 S a + S b + S c ) u dc ?u = (S ? (2-10)
??
BN b
3 2 ?S a + S b + S c ) u dc
= (S ? u ?CN c 3 2 ?
把上式代入(2-4)式中有
d i a + R i ? u = ( ?2S a + S b + S c )u ??S S a a dc d t 6 ?
d i b + R i ? u = ( S a ? 2S b + S c )u ?(2-11)
?S S b b dc
d t 6 ?
?d i c + R i ? u = ( S a + S b ? 2S c )u ?S S c c dc d t 6 ?
对图 2-3 中直流侧的 P 点，应用 Kirchhoff 电流定律，得到
??i p = i c1
?
(2-12) ??i p = S ap i a + S bp i b + S i
d u c1
代入式 i = C (2-13) c1 1
d t
C d u c1
= (S i + S i + S 得到
i ) ? i (2-14)
1 ap a bp b cp c
load d t
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同理对图2-3中的n 点，有：
?i n = i c 2 ? i (2-15)
??i n = S an i a + S bn i b + S i
d u c 2
代入式 i = ?C (2-16) c 2 2
d t
?C d u c 2
= (S i + S i + S i ) + 得到
(2-17)
2 an a bn b cn c load
d t
对图2-3中的O 点，有：
?i O = ?(i c1 + i ) (2-18)
??i O = S aO i a + S bO i b + S i
把式(2-14)式加(2-17)得：
d u c1 ? C d u c 2
) = S i + S i + S i ?(C (2-19)
1 2 ao a bo b co c
d t d t
再用(2-14)式减(2-17)式得：
d u c1 + C d u
c 2 = S i + S i + S i ? C (2-20)
1 2 a a b b c c
load
d t d t
设u c1 = u c 2 = u dc ，C 1 = C 2 = C 上式可简化为：
C
d u dc
= S i + S i + S i ? 2i
(2-21)
a a
b b
c c load
d t 对整个直流侧回路，应用 Kirchhoff 电压定律，有
d i load
u + u = i R + L (2-22)
c 1 c 2 loa
d d
d t
综合式(2-4)-(2-22)，可以得到整流器在三相静止坐标系下的数学模型，表
示为： A d X
= BX + CE ，具体如式(2-23)所示，
d t
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整流器的原理： 在以大功率二极管或晶闸管为基础的两种基本类型的整流器中，电网的高压交流功率通过变压器变换为直流功率。提到未来（不久的或遥远的）的其它类型整流器：以不可控二极管前沿产品为基础的斩波器、斩波直流/直流变换器或电流源逆变型有源整流器。显然，这种最新型的整流器在技术上包含较多要开发的内容，但是它能显示出优点，例如它以非常小的谐波干扰和1的功率因数加载于电网。 二极管整流器 所有整流器类别中最简单的是二极管整流器。在最简单的型式中，二极管整流器不提供任何一种控制输出电流和电压数值的手段。为了适用于工业过程，输出值必须在一定范围内可以控制。通过应用机械的所谓有载抽头变换器可以完成这种控制。作为典型情况，有载抽头变换器在整流变压器的原边控制输入的交流电压，因此也就能够在一定范围内控制输出的直流值。通常有载抽头变换器与串联在整流器输出电路中的饱和电抗器结合使用。通过在电抗器中引入直流电流，使线路中产生一个可变的阻抗。因此，通过控制电抗器两端的电压降，输出值可以在比较窄的范围内控制。 晶闸管整流器 在设计上非常接近二极管整流器的是晶闸管整流器。因为晶闸管整流器的电参数是可控的，所以不需要有载抽头变换器和饱和电抗器。 因为晶闸管整流器不包含运动部件，所以晶闸管整流器系统的维修减少了。注意到的一个优点是晶闸管整流器的调节速度较二极管整流器快。在过程特性的阶跃期间，晶闸管整流器常常调节很快，以致能够避免过电流。其结果是晶闸管系统的过载能力能够设计得比二极管系统小。 整流器的现状： 目前，业界推出的节能灯和电子镇流器专用三极管都十分注重对贮存时间的控制。因为贮存时间ts过长，电路的振荡频率将下降，整机的工作电流增大易导致三极管的损坏。虽然可以调整扼流圈电感及其他元器件参数来控制整机功率，但ts的离散性，将使产品的一致性差，可靠性下降。例如，在石英灯电子变压器线路中，贮存时间太大的晶体管可能引起电路在低于输出变压器工作极限的频率振荡，从而
三相电压型PWM整流器及仿真
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电力电子课程设计课程设计报告 题目：三相电压型PWM整流器与仿真 专业、班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 2015年 1 月 6 日 内容得分 1、三相桥式电路的基本原理（10分） 2、整流电路基本原理（10分） 3、pwm控制的基本原理（10分 4、三相电压型pwm整流电路仿真模型（30分） 5、结果分析（30分） 6、程序文件（10分） 总分
摘要：叙述了建立三相电压型PWM整流器的数学模型。在此基础上，使用功能强大的MATLAB软件进行了仿真，仿真结果证明了方法的可行性。 关键词：整流器；PWM；simulink
目录 一任务书 (1) 1.1 题目 (1) 1.2 设计内容及要求 (1) 1.3 报告要求 (1) 二基础资料 (2) 2.1 三相桥式电路的基本原理 (2) 2.2 整流电路基本原理 (4) 2.3 pwm控制的基本原理 (6) 2.4 PWM整流器的发展现状 (6) 三设计内容 (8) 3.1 仿真模型 (8) 3.2 各个元件参数 (11) 3.3 仿真结果 (13) 3.4 结果分析 (15) 四总结 (15) 五参考文献 (15)
一任务书 1.1 题目 三相电压型PWM整流器仿真 1.2 设计内容及要求 设计三相电压型PWM整流器及其控制电路的主要参数，并使用MATLAB软件搭建其仿真模型并验证。 设计要求(pwm整流器仿真模型参数): (1)交流电源电压600V，60HZ (2)短路电容30MVA (3)外接负载500kVar，1MW (4)变压器变比 600/240V (5)0.05s前，直流负载200kw，直流电压500V，0.05s后，通过断路器并联一个相同大小的电阻。 1.3 报告要求 (1)叙述三相桥式电路的基本原理 (2)叙述整流电路基本原理 (3)叙述pwm控制的基本原理 (4)记录参数（截图） (5)记录仿真结果，分析滤波结果 (6)撰写设计报告 (7)提交程序源文件
电子镇流器的工作原理与常见故障修 一、概述 自GE公司的因曼博士(Inman)等在1938年发明了实际应用的荧光灯，到现在已有近70年的历史。虽然新型光源不断出现，但在一定的时间范围内，荧光灯作为主要照明光源的地位可能难以改变。在日光灯发展的过程中，廉价实用的电感镇流器和启辉器，解决了荧光灯的启动与限流问题，对荧光灯迅速发展和普及曾起到过积极推动作用。然而，时至今日，资源变得越来越紧张了，电感镇流器消耗太多的有色金属使人们一定要想办法用更廉价的电子产品来替代它，电子镇流器在上世纪八十年代应运而生，到目前已 经非常普及。 电子镇流器所用元器件少，电路简单，容易制造，并且市场需求量大，是电子爱好者开始创业时的首选产品，有条件的同学，如果打算出去后大干一场的话，也可以考虑先制造电子镇流器。据我所知在仙 桃市，就有几个人在专门制造电子镇流器。 本讲座开办的目的是让同学们关注灯具的变化，了解日光灯电子镇流器的工作原理，学会修理和制 造电子镇流器。 二、普通日光灯的缺陷 普通日光灯的缺陷除消耗有色金属太多外，其对电能的损耗也是不容忽视的。电感镇流器的绕组的欧姆损耗和铁芯的涡流损耗较大，约占灯功率损耗的15%左右。在荧光灯如此普及的今天，电感镇流器所消耗的总能量是十分巨大的。此外，电感镇流器的功率因数较低，一般为0.5左右，会造成电网的严重污染，电力部门不得不加大功率因数补偿电容，增加了电力成本。 三、电子镇流器的特点 电子镇流器的工作原理是将工频(50Hz或60Hz)电源变换成20～50KHz左右高频电源，直接点灯，无需其它限流器件。与电感镇流器相比，电子镇流器具有以下优点： 1、节能： 1）照明效率提高 普通荧光灯的工作频率为50Hz，其照明高效率因所谓的正电(或负电)降落的存在而很低，当电源频率在1000Hz以上时，这种正电(或负电)降落现象消失。而电子镇流器工作频率一般都在20一50kHz，不产生正电或负电电位跌落，这就是电子镇流器能提高照明效率的原因。 2）电子镇流器自身功率损耗低。 电子镇流器的自身消耗功率较难测量，经间接测量估算，工作点调整较好的电子镇流器，其自身消 耗一般都在灯功率的5%以下。 2、其它优点 由于应用了高频电感，电子镇流器体积小，重量轻；低电压可启动点燃灯管；无需启辉器；无频闪， 无噪声等等。 四、电子镇流器的组成与主流电路分析 1、电子镇流器的组成
三相PWM 整流器控制器设计 PWM 整流器能够实现整流器电网侧的电流为正弦，从而大大降低整流器对电网的谐波污染。PWM 整流器同时能够实现电网侧电流相位的控制，常见的有使得电网侧电流与电源电压同相位，从而实现单位功率因数控制，也可以根据需要使得电网侧电流相位超前或滞后对应的电源相电压，从而实现对电网的功率因数补偿。 三相PWM 整流器主电路和控制系统原理图如图1所示，其中A VR 为直流侧电压外环PI 调节器、ACR_d、ACR_q分别为具有解耦和电源电压补偿功能的dq 轴电流内环PI 调节器，PLL 为电源电压锁相环，SVPWM 为电压空间矢量运算器，Iabc to Idiq、Vabc to ValfaVbeta和Vdq to ValfaVbeta分别为三相静止坐标-两相旋转直角坐标变换、三相静止坐标-两相静止直角坐标变换和两相旋转直角坐标-两相静止直角坐标变换。 图1 基于空间矢量的三相PWM 整流器原理图
根据开关周期平均值概念、三相电压型PWM 整流器开关函数表等，可得到三相电压型PWM 整流器在dq 坐标下微分方程形式和等效电路形式的开关周期平均模型。经过dq 轴电流解耦和电源电压补偿的控制系统结构图如图2所示，其中小写的变量表示该变量的开关周期平均值，大写的变量表示该变量在工作点的值。 v dc d dc q 图2 基于dq 轴电流解耦和电源电压补偿的控制系统结构图 对解耦和电源电压补偿之后的dq 轴等效电路进行工作点附近的小信号分析，即可得到小信号下的传递函数如式(1、（2）和（3）所示，其中L 、R 分别为交流侧的滤波电感及其等效电阻，C 为直流侧滤波电容，Dd 为d 轴在工作点的占空比。 ~ i d (s αd (s ~ i q (s αq (s ~ v dc (s i d (s V dc (1
毕业设计（论文） 题目PWM整流器的设计学院（系）：自动化学院
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于1、保密囗，在10年解密后适用本授权书 2、不保密囗。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名： 年月日 导师签名： 年月日
武汉理工大学本科生毕业设计(论文)任务书 学生姓名覃峰专业班级电气0702 指导教师袁佑新教授胡红明讲师工作单位自动化学院 设计(论文)题目: PWM整流器的设计 设计（论文）主要内容： 熟悉整流的原理，对整流技术进行综述、比较，并设计出整流器硬件电路和软件程序。 要求完成的主要任务: （1）外文资料翻译不少于20000印刷符； （2）查阅相关文献资料（中文15篇，英文3篇）； （3）掌握整流的原理； （4）撰写开题报告； （5）熟悉整流技术国内外的研究现状、目的意义； （6）对整流技术进行综述、比较； （7）计出整流器硬件电路和软件程序。； （8）绘制的电气图纸符合国标； （9）撰写的毕业设计（论文）不少于10000汉字。 必读参考书： [1] 王兆安，黄俊.电力电子技术.第4版.北京：机械工业大学出版社，2007 [2] 杨荫福，段善旭，朝泽云.电力电子装置及系统.北京：清华大学出版社，2006 [3] 张崇巍，张兴.PWM整流器及其控制.北京：机械工业大学出版社，2003 指导教师签名系主任签名 院长签名(章)
日光灯的工作原理 简单的日光灯电路由灯管、启辉器和镇流器等组成，如上图所示。日光灯管的内壁涂有一层荧光物质，管两端装有灯丝电极，灯丝上涂有受热后易发射电子的氧化物，管内充有稀薄的惰性气体和水银蒸气。镇流器是一个带有铁心的电感线圈。启辉器由一个辉光管(管内由固定触头和倒U形双金属片构成)和一个小容量的电容组成，装在一个圆柱形的外壳内。 当接通电源时，由于灯管没有点燃，启辉器的辉光管上（管内的固定触头与倒U形双金属片之间）因承受了220V的电源电压而辉光放电，使倒U形双金属片受热弯曲而与固定触头接触，电流通过镇流器及灯管两端的灯丝及启辉器构成回路。灯丝因有电流(启动电流)流过被加热而发射电子。同时，启辉器中的倒U形双金属片由于辉光放电结束而冷却，与固定触头分离，使电路突然断开。在此瞬间，镇流器产生的较高感应电压与电源电压一齐（约 400--600V）加在灯管的两端，迫使管内发生弧光放电而发光。灯管点燃后，由于镇流器的限流作用，使得灯管两端的电压较低(30W灯管约100V左右)，而启辉器与灯管并联，较低的电压不能使启辉器再次动作。 日光灯镇流器的作用 日光灯镇流器是指电感式镇流器，它起着以下三个作用：
⑴启动过程中，限制预热电流，防止预热电流过大而烧毁灯丝，而又保证灯丝具有热电发射能力。 ⑵建立脉冲高电势。启辉器两个电极跳开瞬间，在灯管两端就建立了脉冲高电势，使灯管点燃。 ⑶稳定工作电流，保持稳定放电。 32W日光灯镇流器电路图 电路如下图所示。该电路由整流滤波电容、高频振荡电路以及输出负载屯路三部分构成。 交流220V经整流滤波输出约300V直流为振荡电路提供电源。开机后，电源经R5对C3充电，使Vc3迅速升高，从而使VT2迅速达到饱和导通；此时由于T的反馈作用使VTI截止。VT2一旦导通，则Vc3下降，流过L2的电流减小，引起L2两端一个上负下正的电压。据同名端原则，L1得到上正下负的反馈电压，从而使VTI迅速饱和导通，同时T的正反馈作用又使VT2迅速截止，如此周而复始形成振荡方波(R6D6、R3D5起续流作用)。负载回路由L3、L4、C4构成。VTI、VT2产生的高频振荡方波由L3加给负载作激励源。灯管点亮前，由C4、L4等形成很大的谐振电梳流过灯丝，使管内氢气电离，进而使水银变为水银蒸汽，C4两端的高电压又使水银蒸汽形成弧光放电，激发管壁荧光粉发光。灯管点亮后，C4基本上不起作用，此时L4则起阻流作用。 常见故障 1．VTl、VT2击穿进而导致D1－D4被击穿，此时将引起电源短路； 2．R4偏置损坏； 3．振荡电路中L5.L6易损坏； 4．负载电路中C4因高压易被击穿。 最后特别说明，目前市场上所见的各种40W、32W节能日光灯以及各种环形灯，均可参考此电路进行分析。
密级：公开 科学技术学院 NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 学士学位论文 THESIS OF BACHELOR （2012 —2016年） 题目基于MATLAB的三相整流器设计 学科部：信息学科部 专业：电气工程及其自动化 班级：电气122班 学号：7022812067 学生姓名：张升林 指导教师：万旻 起讫日期：2015年12月—2016年5月29日
目录 摘要 ................................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................ II 第一章三相整流器的发展状况.. (1) 1 .1 三相整流器发展背景 (1) 1 .2 三相整流器的进展 (1) 1 .3 本论文主要研究的内容 (2) 第二章Matlab-Simulink电力系统仿真介绍 (3) 2 .1 Matlab介绍 (3) 2 .2 Simulink的介绍 (4) 第三章三相整流器的结构和原理分析 (5) 3.1 三相桥式全控整流器结构和原理分析 (5) 3.2 三相PWM整流器结构和原理分析 (5) 第四章三相整流器电路的仿真 (7) 4.1三相桥式全控整流器的仿真 (7) 4.2 三相PWM整流器的仿真 (8) 第五章三相PWM整流器的设计 (11) 5.1 主电路设计 (11) 5.2 功率器件的选择 (11) 结论 (13) 参考文献（References） (13) 致谢 (14)
浅谈电子整流器工作原理 前言 整流器（什么是整流器）是一个简单的将交流(AC)转化为直流(DC)的整流装置，它作为工业应用不可或缺的电子器件已越来越受到人们的亲睐。面对纷繁复杂的电子整流器件，怎样才能判别它的好坏呢?对于有用到电子整流器（整流器的作用）的人来说，了解其基础知识是必不可少的。小编通过搜集各种资料简要的对电子整流器的基础知识进行了以下总结。 电子整流器的工作原理(整流器原理) 电子整流器的基本工作原理如下图所示： 正常情况下，电子整流器通电后逆变器连同电感L、灯丝1、电容、灯丝2组成串联谐振电路，在一定时间内电容两端产生高压，这一高电压引起荧光灯弧光放电使荧光灯启动，然后谐振电路失谐，日光灯进入稳定的点燃状态。当出现灯管老化或者灯管漏气等异常状态时，荧光灯不能正常启动，上面的电路一直
处于谐振状态(除非灯丝烧断或电子整流器损坏)，逆变器输出的电流不断增大，通常这个电流会升高到正常电流的3到5倍。如果这时不采取有效的保护措施，会造成极大危害。首先，过大的电流会导致逆变器中作为开关的三极管或场效应管及其它外围部件因过载而烧毁，甚至引起冒烟、爆裂等事故。同时，灯脚对地线或中线会形成长时间的极高电压，对于20W、36W、40W及其它大部分国标/非标灯的电子整流器，这一电压往往会达到一千伏或更高，这不仅为国标GB15143所严格禁止，而且也会危及人身、财产安全。GB15143-94“11、14”及GB15144-94“5.13”部分对电子整流器的异常状态试验包括：灯开路、阴极损坏、去激活、整流效应等，同时规定电子整流器在经过上述试验后不得发生安全性故障并能够正常工作。 电子整流器满足的两大功能要求 荧光灯的工作性能在很大程度上与相配套工作的电子整流器性能有关，在使用中应使荧光灯的工作性能和电子整流器的工作性能相匹配(如灯阻抗和灯的工作特性)，以使荧光灯能工作在最佳状态， 使用中电子整流器应满足以下功能要求： ①能够限制和稳定荧光灯的工作电流。 ②在交流市电过零时，也能正常工作。
重庆大学电气工程学院 电力电子技术课程设计 设计题目：单相桥式可控整流电路设计 年级专业：****级电气工程与自动化学生姓名：***** 学号： **** 成绩评定： 完成日期：2013年6月 23 日
指导教师签名：年月日
重庆大学本科学生电力电子课程设计任务书
单相桥式可控整流电路设计 摘要：本文主要研究单相桥式PWM整流电路的原理，并运用IGBT去实现电路的设计。概括地讲述了单相电压型PWM整流电路的工作原理，用双极性调制方式去控制IGBT的通断。在元器件选型上，较为详细地介绍了IGBT的选型，分析了交流侧电感和直流侧电容的作用，以及它们的选型。最后根据实际充电机的需求，选择元器件具体的参数，并用simulink进行仿真，以验证所设计的单相电压型PWM整流器的性能。实现了单相电压型PWM整流器的高功率因数，低纹波输出等功能。 关键词：PWM整流simulink 双极性调制IGBT
目录 1.引言 ......................................................... - 5 - 1.1 PWM整流器产生的背景.................................... - 5 - 1.2 PWM整流器的发展状况.................................... - 5 - 1.3 本文所研究的主要内容.................................... - 6 - 2.单相电压型PWM整流电路的工作原理 ............................. - 7 - 2.1电路工作状态分析......................................... - 7 - 2.2 PWM控制信号分析......................................... - 8 - 2.3 交流测电压电流的矢量关系............................... - 9 - 3.单相电压型PWM整流电路的设计 ................................ - 10 - 3.1 主电路系统设计......................................... - 10 - 3.2 IGBT和二极管的选型设计................................. - 11 - 3.3 交流侧电感的选型设计................................... - 11 - 3.4 直流侧电容的选型设计................................... - 12 - 3.5 直流侧LC滤波电路的设计................................ - 13 - 4.单相PWM整流电路的仿真及分析 ................................ - 13 - 4.1 整流电路的simulink仿真............................... - 13 - 4.2 对simulink仿真结果的分析............................. - 16 - 5．工作展望 ................................................... - 16 - 参考文献 ...................................................... - 17 -
荧光灯电子镇流器工作原理 该荧光灯电子镇流器电路由电源电路、高频振荡器和LC串联输出电路组成。电路中，电源电路由熔断器FU、电子滤波变压器T1、电容器C1、C2、压敏电阻器RV和整流二极管VD1 - VD4组成；高频振荡器电路由晶体管V1、V2,二极管VD5、V D6、电阻器R1一R6、电容器C3一C5和高频变压器TZ组成；LC串联输出电路由限流电感器L、电容器C6、C7和荧光灯管EL组成。接通电源，交流220V电压经T1和C1高频滤波、VD1一VD4整流及C2平滑滤波后，为高频振荡器提供300V左右的直流工作电压。在刚接通电源的瞬间，V1和V2中某只晶体管优先导通，在高频变压器T2的藕合和反馈作用下，V1和V2交替导通与截止，使高频振荡电路进人自激振荡状态，并通过L和C6为EL提供启辉电压。当C7两端电压达到EL的放电电压时，EL启辉点亮。 荧光灯电子镇流器电路图 本篇文章来源于百科全书转载请以链接形式注明出处网址：https://www.doczj.com/doc/6e3802262.html,/dianyuan/nb/200911/381412.html 本篇文章来源于百科全书转载请以链接形式注明出处网址：https://www.doczj.com/doc/6e3802262.html,/dianyuan/nb/200911/381412.html
18w荧光灯电子镇流器 作者：佚名文章来源：不详点击数：161 更新时间：2009-11-1 此荧光灯电子镇流器的工作电源范围为交流100一250V，适用于8一26W三基色直管式节能荧光灯。 电路中，整流滤波电路由整流二极管VD1一V D4和滤波电容器C1组成；触发电路由电阻器R6、电容器C3和双向二极管V3组成；高频振荡电路由晶体管V1、V2、二极管V D5一VD7、电阻器R1 -R5、电容器C2和高频变压器T（W1-W3)组成；LC串联输出电路由限流电感器L,电容器C4, C5和荧光灯管EL组成。 接通电源后，交流220V电压经VD1一V D4整流及C1滤波后，为高频振荡电路提供300V左右的直流电压。该直流电压还经R6对C3充电，当C3两端电压充至V3的转折电压时，V3迅速导通，C3上所充电荷经V3对T的W3绕组放电，在T的祸合作用下，Vi和V2交替导通与截止，高频振荡器振荡工作。高频振荡器振荡后，在C2两端之间产生一个近似正弦波的交变高频电压，此电压经C4、L1加在EL的灯丝上，当C5两端电压达到EL的放电电压时，EL启辉点亮。
PWM整流电路概述 1引言 在电力系统中，电压和电流应是完好的正弦波。但是在实际的电力系统中，由于非线性负载的影响，实际的电网电压和电流波形总是存在不同程度的畸变，给电力输配电系统及附近的其它电气设备带来许多问题，因而就有必要采取措施限制其对电网和其它设备的影响。随着电力电子技术的迅速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通、家庭等众多领域中的应用日益广泛，大量的非线性负载被引入电网，导致了日趋严重的谐波污染。电网谐波污染的根本原因在于电力电子装置的开关工作方式，引起网侧电流、电压波形的严重畸变。目前，随着功率半导体器件研制与生产水平的不断提高，各种新型电力电子变流装置不断涌现，特别是用于交流电机调速传动的变频器性能的逐步完善，为工业领域节能和改善生产工艺提供了十分广阔的应用前景。相关资料表明，电力电子装置生产量在未来的十年中将以每年不低于10%的速度递增，同时，由这类装置所产生的高次谐波约占总谐波源的70%以上。 在我国，当前主要的谐波源主要是一些整流设备，如化工、冶金行业的整流设备和各种调速、调压设备以及电力机车。传统的整流方式通常采用二极管整流或相控整流方式，采用二极管整流方式的整流器存在从电网吸取畸变电流，造成电网的谐波污染，而且直流侧能量无法回馈电网等缺点。采用相控方式的整流器也存在深度相控下交流侧功率因数很低，因换流引起电网电压波形畸变等缺点。这些整流器从电网汲取电流的非线性特征，给周围用电设备和公用电网都会带来不利影响。 为了抑制电力电子装置产生的谐波，其中的一种方法就是对整流器本身进行改进，使其尽量不产生谐波，且电流和电压同相位。这种整流器称为高功率因数变流器或高功率因数整流器。高功率因数变流器主要采用PWM整流技术，一般需要使用自关断器件。对电流型整流器，可直接对各个电力半导体器件的通断进行PWM调制，使输入电流成为接近正弦且与电源电压同相的PWM波形，从而得到接近1的功率因数。对电压型整流器，需要将整流器通过电抗器与电源相连。只要对整流器各开关器件施以适当的PWM控制，就可以对整流器网侧交流电流的大小和相位进行控制，不仅可实现交流电流接近正弦波，而且可使交流电流的相位与电源电压同相，即系统的功率因数总是接近于1。本文主要对与PWM整流器相关的功率开关器件、主电路拓扑结构和控制方式等进行详细说明，在此基础上对PWM整流技术的发展方向加以探讨。 2功率开关器件 PWM整流器的基础是电力电子器件，其与普通整流器和相控整流器的不同之处是其中用到了全控型器件，器件性能的好坏决定了PWM整流器的性能。优质的电力电子器件必须具有如下特点：(1)能够控制通断，确保在必要时可靠导通或截止；（2）能够承受一定的电压和电流，阻断状态时能承受一定电压，导通时匀许通过一定的电流；（3）具有较高的开关频率，在开关状态转换时具有足够短的导通时间和关断时间，并能承受高的di/dt 和dv/dt。目前在PWM整流器中得到广泛应用的电力电子器件主要有如下几种：
整流器工作原理 桥式整流器原理电路 桥式整流电路（如图5-5所示）是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定 程度上克服了它的缺点。 图5-5（a）为桥式整流电路图（b）为其简化画法 式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz，上形成上正下负的半波整洗电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。以上两种工作状态分别如图5-6（a）和（b）所示。
图5-6 桥式整流电路的工作原理示意图 如此重复下去，结果在Rfz，上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。 桥式整流电路的整流效率和直流输出与全波整流电路相同，变压器的利用率最高。现在常用的全桥整流，不用单独的四只二极管而用一只全桥，其中包括四只二极管，但是要标清符号，有交流符号的两端接变压器输出，+、-两端接入整流电路。 需要特别指出的是，二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。表5-1所列参数可供选择二极管时参考。 另外，在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。
桥式整流器原理电路 桥式整流电路（如图5-5所示）是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。 图5-5（a）为桥式整流电路图（b）为其简化画法 桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3和方向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路，在Rfz，上形成上正下负的半波整洗电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz、D4通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。以上两种工作状态分别如图5-6（a）和（b）所示。
图5-6 桥式整流电路的工作原理示意图 如此重复下去，结果在Rfz，上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。 桥式整流电路的整流效率和直流输出与全波整流电路相同，变压器的利用率最高。现在常用的全桥整流，不用单独的四只二极管而用一只全桥，其中包括四只二极管，但是要标清符号，有交流符号的两端接变压器输出，+、-两端接入整流电路。 需要特别指出的是，二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。表5-1所列参数可供选择二极管时参考。 另外，在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。 图5-7示出了二极管并联的情况：两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半口三只二极管并联，每只分担电路总电流的三分之一。总之，有几只二极管并联，流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是，在实际并联运用时，由于各二极管特性不完全一致，不能均分所通过的电流，会使有的管子困负担过重而烧毁。因此需在每只二极管上串联一只阻
PWM整流工作原理
图6-28 单相PWM 整流电路 整流电路也可分为电压型和电流型两大类，目前半桥电路直流侧电容必须由两个电容串联，其中点和交流电源单相半桥电路 交流侧电感电感和交流电源内部电感，是电全桥电路直流侧电容只要一个就可以。 单相全桥电路 6-8 电力电子技术 (1)单相全桥PWM 整流电路的工作原理 正弦信号波和三角波相比较的方法对图6-28b 中的V 1~V 4进行SPWM 控制，就可以在桥的交流输入端AB 产生一个SPWM 波u AB 。 u AB 中含有和正弦信号波同频率且幅值成比例的基波分量，以及和三角波载波有关的频率很高的谐波，不含有低次谐波。 由于L s 的滤波作用，谐波电压只使i s 产生很小的脉动。 当正弦信号波频率和电源频率相同时，i s 也为与电源频率相同的正弦波。 u s 一定时，i s 幅值和相位仅由u AB 中基波u ABf 的幅值及其与u s 的相位差决定。 改变u ABf 的幅值和相位，可使i s 和u s 同相或反相，i s 比u s 超前90°，或使i s 与u s 相位差为所需角度。 6.4.1 PWM 整流电路的工作原理
6-12 电力电子技术 (2)对单相全桥PWM 整流电路工作原理的进一步说明 整流状态下: u s > 0时，（V 2、VD 4、VD 1、L s ）和（V 3、VD 1、VD 4、L s ）分别组成两个升压斩波电路，以（V 2、VD 4、VD 1、L s ）为例。V 2通时，u s 通过V 2、VD 4向L s 储能。V 2关断时，L s 中的储能通过VD 1、VD 4向C 充电。u s < 0时，（V 1、VD 3、VD 2、L s ）和（V 4、VD 2、VD 3、L s ）分别组成两个升压斩波电路。 6.4.1 PWM 整流电路的工作原理
三相电压型PWM整流器设计与仿真 1 绪论 随着功率半导体器件技术的进步，电力电子变流装置技术得到 了快速发展，出现了以脉宽调制（PWM）控制为基础的各种变流装置，如变频器、逆变电源，高频开关电源以及各类特种变流器等， 电力电子装置在国民经济各领域取得了广泛的应用，但是这些装置 的使用会对电网造成严重的谐波污染问题。传统的整流方式会无论 是二极管不控整流还是晶闸管相控整流电路能量均不能双向传递， 不仅降低能源的利用率还会增加一定的污染，主要缺点是：1）无功功率的增加造成了装置功率因素降低，会导致损耗增加，降低电力装置的利用率等； 2）谐波会引起系统内部相关器件的误动作，使得电能的计量出现误差，外部对信号产生严重干扰； 3）传统的结构，能量只能单向流动，使得控制系统的能量利用率不高，不能起到节能减排的作用。 电网污染的日益严重引起了各国的高度重视，许多国家都已经 制定了限制谐波的国家标准，国际电气电子工程师协会(IEEE)，国际 电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。国际电工学会于1988年对谐波标准IEC555-2进行了修正，欧洲制定IEC1000-3-2标准。我国国家技术监督局也于1994年颁布了 《电能质量公用电网谐》标准(GB/T 14549-93)，传统变流装置大多
数已不符合这些新的标准，面临前所未有的挑战。 目前，抑制电力电子装置对电网污染的方法有两种：一是设置补偿装置。通过对已知频率谐波进行补偿，这种方式适用于所有谐波源，但其缺点是只能对规定频率的谐波进行补偿，应用范围受限。并且当受到电网阻抗特性或其他外界干扰，容易发生并联谐振，导致某些谐波被放大进而使滤波器过载或烧毁；而是对整流器装置本身性能进行改造，通过优化控制策略和参数设置，使网侧输入的电压和电流呈现接近于同相位的正弦波，实现单位功率因数运行即功率因数为1。 目前治理谐波和无功主要是采用功率因数校正技术(PFC技术)，由于PWM调制技术引入整流器中，使得整流器能够获得较好的直 流电压并且实现网侧电流正弦化，PWM整流技术已经成为治理电网污染的主要技术手段。PFC技术虽然具有控制简单、功率因数高、 总谐波失真小和易于电路设计等优点，但是其结构并没有发生根本变化只是在输出侧加了一个开关管，而重要的交流侧还是选取二极管做为开关器件，其整流方式只能是单一方向的不能实现能量的双向流动，它 在单相电路中有着广泛的用途，但是由于其自身性质决定其难以用于三相电电路中；PWM整流技术交流侧采用全控器件，与传统PFC相比，PWM整流技术可以在任意功率因数运行可以实现能量双向流动而且具有较好的电流品质和更快的动态响应速度，因而真正实现了“绿色电能变换”提高了系统电能的利用率减少了资源的浪
摩托车整流器的工作原理 (2009-12-23 16:48:44) 转载 标签： 杂谈 摩托车上有一个非常重要的电器部件，它为整车用电设备提供稳定的工作电压，这就是整流稳压器，即我们俗称的“硅整流”。整流就是将交流电压变为直流电压，稳压就是将发电机输出的不稳定电压稳定在规定范围内，实现这两个功能的器件我们就称之为整流稳压器。摩托车整流稳压器从产生到现在已经经历了几个阶段，但直到目前为止，大多数摩托车仍使用技术上存在缺陷的削波短路型整流稳压器。随着科技的发展，新技术和新元器件的出现，改进整流稳压器的性能有了可能，因此新一代的开关型整流稳压器已研制成功并面世，人们已开始认识并使用它，相信不久它就能全面替代削波短路型整流稳压器了。 在未发明二极管前，摩托车只能采用复杂的激磁直流发电机，使用机械调压, 就是用继电器调节激磁电流的大小，是一种简单的开关调压电路。二极管发明后，人们试着采用简单一点的激磁交流发电机，同时用机械调压，后来慢慢用电子调压替代了它。这就是现在汽车上用的调压方式。为什么早期摩托车要用结构复杂的激磁交流发电机而不用结构简单小巧、故障率极低
的永磁交流发电机呢？因为永磁交流发电机的磁场与线圈是固定的，输出电压和频率随发动机转速变化而成正比变化，范围极宽，无法象激磁交流发电机一样用调整激磁电流大小的方法从内部调节输出电压的大小，只能发出电压后再予以稳压，以当时的技术条件无法实现。但后来因小功率永磁交流发电机结构简单，故障率少，还是被广泛用到了摩托车上。 最早的永磁交流发电机用整流稳压器是不带稳压功能的，只有四个二极管，即全波整流，它全靠电瓶稳压（如 XF250 ）。发电机发出的交流电经过二极管桥式整流直接给电瓶充电，充电电压就是发电机输出电压，随转速变化很大，电压跟电流都远远超过电瓶正常的充电电压和电流，由于电瓶特有的稳压性能，所以电压能够稳定在合适的范围，但这是以电瓶的寿命为代价的（一般一年就损坏了，而电瓶的设计寿命为三年）。发动机运转当中，如果电瓶突然断开，所有用电设备便会即刻烧毁，而且随着时间的推移，电瓶稳压性能逐渐失去，电压逐渐升高，很容易烧毁用电设备。 因全波充电容易过充，就出现了半波充电，即只有一个二极管的整流器。因半波充电晚上电力不足，所以大灯只能由发电机交流直接供电，如早期的铃木A100 、本田CG125 等。半波充电也存在着问题：白天行驶时，电瓶仍然过充，于是就在照明线上接有泄流电阻，将电流通过电阻发热泄放掉，以免电瓶早期
第二章电子镇流器的工作原理 2.1荧光灯简介 2.1．1气体放电灯的基本原理 所谓气体放电灯是指带有能量的电子碰撞气体原子造成气体放电的现象，利用此原理所造成的气体放电灯有多种，使用较多的是辉光放电与弧光放电两种。不论哪一种，其结构大同小异，一般包括阳极、阴极，灯管外壳，灯管内填充的气体。对于交流灯来说则无阴极与阳极之分，两电极可以交替作为阴、阳极之用。对于气体放电灯来说，当加至灯管阴极与阳极之间的电场足够大，便会使灯管放电，此放电过程可以分为三个阶段： 第一阶段：在外加电场的作用下，自由电子被加速。 第二阶段：加速的自由电子与灯管内的气体原子碰撞，使得气体原子呈现激发状态。 第三阶段：受激发的气体，能量激发到更高的能阶并返回基态，所吸收的能量以辐射光的形式释放出来。若电子碰撞气体原子的能量足够大，则会使气体原子产生电离，电离所产生的电子又在电场中加速造成再次电离，使得自由电子成倍数增加，称此为汤生雪崩效应（Thomson Avalanche Effect）。所以，只要外加电场持续存在，则上述的放电过程就不断的重复，也就不断的放光。由于电流的主要成分为电子，为了使放电电流持续进行，阴极必须不断的提供自由电子，提供自由电子的主要方式分别叙述如下： （1）热电子发射：当阴极的温度越高，则越多的电子得到足够的能量从阴极中发射出来，此种发射方式是弧光放电灯主要的发射形式。而T5荧光灯就属于弧光放电灯。 （2）正离子轰击发射：当电极之间的电位差足够大时，使得正离子的速度足够快，此速度足够快的正离子撞击阴极便会轰击出自由电子。因此，电极材料必须能承受正离子的轰击，否则会使得电极的材料大量飞溅，减短电极的寿命并造成灯管早期发黑的现象。辉光放电灯便是以正离子轰击发射为主要发射形式。 （3）场致发射：若外加电场足够大，使得阴极获得足够的能量而直接发射电子，此现象称为场致发射。在气体放电灯中，有时灯管上的电压并不高，但如果在电极附近很小的范围内形成很强的空间电荷层，则可能在此区域造成很强
CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 电力电子装置课程设计报告 题目三相电压型整流器设计 学生姓名*** 学号********* 指导教师** 学院信息院 专业***** 完成时间2017.1.2
第一章绪论 随着功率半导体器件技术的进步，电力电子变流装置技术得到了快速发展，出现了以脉宽调制（PWM）控制为基础的各种变流装置，如变频器、逆变电源，高频开关电源以及各类特种变流器等，电力电子装置在国民经济各领域取得了广泛的应用，但是这些装置的使用会对电网造成严重的谐波污染问题。传统的整流方式会无论是二极管不控整流还是晶闸管相控整流电路能量均不能双向传递，不仅降低能源的利用率还会增加一定的污染，主要缺点是： 1）无功功率的增加造成了装置功率因素降低，会导致损耗增加，降低电力装置的利用率等； 2）谐波会引起系统内部相关器件的误动作，使得电能的计量出现误差，外部对信号产生严重干扰； 3）传统的结构，能量只能单向流动，使得控制系统的能量利用率不高，不能起到节能减排的作用。 电网污染的日益严重引起了各国的高度重视，许多国家都已经制定了限制谐波的国家标准，国际电气电子工程师协会(IEEE)，国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。国际电工学会于1988年对谐波标准IEC555-2进行了修正，欧洲制定IEC1000-3-2标准。我国国家技术监督局也于1994年颁布了《电能质量公用电网谐》标准(GB/T 14549-93)，传统变流装置大多数已不符合这些新的标准，面临前所未有的挑战。 目前，抑制电力电子装置对电网污染的方法有两种：一是设置补偿装置。通过对已知频率谐波进行补偿，这种方式适用于所有谐波源，但其缺点是只能对规定频率的谐波进行补偿，应用范围受限。并且当受到电网阻抗特性或其他外界干扰，容易发生并联谐振，导致某些谐波被放大进而使滤波器过载或烧毁；而是对整流器装置本身性能进行改造，通过优化控制策略和参数设置，使网侧输入的电压和电流呈现接近于同相位的正弦波，实现单位功率因数运行即功率因数为1。 目前治理谐波和无功主要是采用功率因数校正技术(PFC技术)，由于PWM 调制技术引入整流器中，使得整流器能够获得较好的直流电压并且实现网侧电流正弦化，PWM整流技术已经成为治理电网污染的主要技术手段。PFC技术虽然具有控制简单、功率因数高、总谐波失真小和易于电路设计等优点，但是其结构并没有发生根本变化只是在输出侧加了一个开关管，而重要的交流侧还是选取二极管做为开关器件，其整流方式只能是单一方向的不能实现能量的双向流动，它在单相电路中有着广泛的用途，但是由于其自身性质决定其难以用于三相电电路中；PWM整流技术交流侧采用全控器件，与传统PFC相比，PWM整流技术可
摘要 随着电力电子器件、高精度高速运算芯片、实时仿真及控制等技术的飞速发展，各类电力电子装置正广泛地应用于交直流可调电源、电力供电系统、电气传动控制与电化学生产等领域，然而大多数的电力电子装置都是通过变流器与电网相连，总存在网侧功率因数低以及输入电流谐波成分高的问题。 为了减小谐波干扰对电网质量的危害，以及可能因此而引发的事故，1994年3月国家技术监督局颁布了国标GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》。抑制电力谐波提高功率因数的方法主要有两种，一种是装设专用的谐波补偿装置，该方法相应地带来了成本增加的问题；另一种是采用新型的高功率因数变流器。 PWM整流器作为高功率因数变流器的一个重要方向，在各种工业生产领域扮演着重要角色。它不仅要求中间直流环节的电压保持恒定，交流侧功率因数为1，还要求尽量减少电流谐波。 然而相对于两电平PWM整流电路，三电平PWM整流器的功率开关管所承受的关断电压为直流侧电压的一半，减少了功率开关管的电压强度，同时电平数的增加使入端电流更接近正弦波，在同样的的开关频率及控制方式下，其电流谐波总畸变率（THD）要远小于两电平PWM整流器。 因此，本毕业设计以单相三电平PWM整流器为研究对象, 首先介绍了课题的产生背景、研究概况及意义，阐述了PWM整流器的工作原理，并对其开关工作模态以及拓扑结构进行了分析；其次，在此基础上，建立了三电平整流器的系统数学模型，并对PWM控制技术进行总结，采用电压电流双闭环控制，利用MATLAB/Simulink进行了仿真实验。仿真结果表明，系统的工作情况与理论分析相符合，该系统不仅能使直流电压在一定围可调，而且使整流器交流侧电流谐波降低，实现了单位功率因数运行。 关键词：三电平整流功率因数校正 MATLAB仿真 ABSTRACT With the rapid development of power electronic devices, high-precision