PWM整流器的Simulink仿真研究

绪论从18世纪人类发现电能以后，人类对电力的研究越来越广泛，与电有关的行业发展也越来也迅速。由于工业革命对能源的需求越来越大，传统的化石能源的各种缺点也暴露出来了，人们便开始使用电能，20世纪也被称作电气时代，尤其是21世纪，人类基本上离不开这种高效、清洁的能源了。由于在不同的场合所需要的电能是不同的，所以能变换电能的电力电子器件得到了飞快发展。电力电子技术运用也越来越广泛，但它给人类带来便利的同时也带来了不少新问题。直流电的应用很广泛，但电网的电流是交流电，这就需要变流装置了，因此推动了大量研究人员对整流装置的研究。传统的整流电路采用的电力电子器件是不可控的二极管，并且输出直流侧需要并联大电容滤波。这种电路的优点是结构简单，因此成本较低，而且它的可靠性非常高，也不需要控制电路，因此这种电路在20世纪被大规模使用。但大规模的使用也带来了不少问题。由于传统整流装置的整流环节使用的是二极管这种不控型器件或半控型晶闸管，由于这些器件自身的缺陷，在使用它们时候，不可避免的会对电网产生污染，其实对电网影响最大的就是传统整流器产生的大量谐波以及无功功率，为了解决这些污染各个国家在这上面投入大量资金解决，但是效果不是很明显，为了从根本上解决污染问题，专家学者对整流器本身进行研究，找到了问题的根源，如果要彻底解决这些问题，就要让整流器交流侧的电流呈现正弦状态，而且要与交流侧电压同相位，这样整流装置就会运行在单位功率因数之下，为了实现这些要求，专家学者进行了大量研究，最终发现把逆变电路使用的PWM技术运用在整流装置中，整流装置的缺点得到了大幅度改善，这种新式的整流装置就是PWM整流器，它的出现让解决传统整流器对电网污染变得简单，整流器实现了运行在单位功率因数之下，整流性能大大提高。本设计的主要内容是对PWM技术进行理论分析，并解释PWM波生成过程。并对PWM整流器的工作原理做了详细分析，并选择了电压型的整流器在Simulink建模仿真。1总体方案设计此次毕业设计任务书对PWM整流器的设计及Simulink的仿真研究，研究整流器的类型与工作机理，使用Simulink对其进行建模与仿真，对比不同类型整流器下整流的效果，并对Simulink现有整流器的工作进行相关的优化与改进。使用MATLAB/Simulink下的建模工具进行建模仿真，对于整流器的工作机理有一定的理解。同时在Simulink中常见的整流器进行建模与仿真，对于建模后的模型进行离线仿真，分析离线仿真的结果，借助实时仿真平台对模型进行实时的仿真。模块总图如图1-1所示。稳压电路滤波电路电源变压器整流电路稳压电路滤波电路电源变压器整流电路交流输入交流输出PWM控制电路PWM控制电路图1-1模块设计图如图1-1所示，本设计中最重要的模块是PWM控制电路模块与整流电路模块。控制模块负责控制整流器件的导通关断情况，整流电路模块就是不同电力电子器件组成不同的结构把输入的交流电变换成直流电，滤波电路可以过滤掉整流出的直流电里所含的高次谐波，稳压电路可以使整流出的电流输出的脉动减小，这样输出的电流平稳可靠。2PWM整流器介绍2.1整流器介绍2.1.1整流器简介整流装置在很多场合都需要它，比如说某些需要充电的装置，而且有的设备需要特别精确的控制，这时就需要直流电，在精确控制的场合，使用直流电装置的动态响应要比交流电快上很多，这是交流电无法取缔的优点。但是大部分场合运用的是交流电，电网传输的电能也是交流电，这时就要整流装置了，顾名思义，整流器就是把交流电转换成直流电的装置，它在日常生活中有着广泛的应用。通过整流器整流出来的电能与传统的直流电还是有所不同，它是一种含有交流分量的直流电，业界也称它是单向脉动直流电，整流器的结构从大体上可以分成三个部分：提供电能的交流部分；起整流作用的整流部分与消耗直流电能的直流负载部分。2.1.2整流器的类型(1)半波整流电路半波整流电路是出现的最早的电路，因此它的结构也相对简单，但是对整流装置的发展起着很关键的作用，对初学者很好理解。这种整流电路所需要的器件很简单，一个交流电压源，一个二极管，滤波电容和负载便可组成，因为二极管承受正向电压时导通，反向电压便会自动关断，正弦波的负半周的电能就会被浪费掉，因此，它的电流利用率很低，一般在教学时会介绍这种电路，实际运用的很少。（2）全波整流电路全波整流电路，是解决半波整流电路对电能利用率低的缺点提出来的，它由两个二极管串联在一个桥臂上，一个导通的时候另一个器件要关断，实际上它两个半波整流电路结合在一起形成的新电路。它整流出来的的电压脉动比半波整流小了将近一半。而且它把半波整流电路舍弃的负半周电能也利用上了，为了实现这种电路，它的变压器二次侧绕组需要加装中心抽头，但是加了中心抽头以后器件导通时会承受比半波电路器件高两倍的反向电压，对器件的耐压要求很高。因此这种电路也不常用，一般在教学时才会讲解。桥式整流电路桥式整流电路结合了半波整流与全波整流电路的优点，同时也克服了它们的缺点。它不会像半波整流一样浪费掉负半周的电能，器件也不会承受太高的反向电压，也不需要中心抽头。从结构上上看它比半波整流电路多了两个整流器件，增加了两个器件就克服了它们的缺点，而且还具备了它们的优点。从经济性与可靠性来说。它的性价比是最高的。因此对它的使用也是最广泛的，实际运用中一般都是用这种电路的2.2正弦脉宽调制技术2.2.1调制技术介绍PWM调制技术又称脉冲宽度调制技术，它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。PWM技术的理论基础是冲量理论。冲量理论讲的是所含有的能量相等而形状不同的窄脉冲作用在具有惯性的环节上时，作用在器件上的效果基本上是一致的，所含有的能量相等在学术界称为面积等效。上述的理论也被称作面积等效原理，PWM调制技术就是建立在它的基础上图2-1正弦波等效的PWM波波形图如图2-1所示，图中的正弦波被分割成了许多份，它们分割的间距相等但是面积不相等，根据面积等效原理，可以把每一份被分割的正弦波用高度相等面积相等但是宽度不相等的矩形波代替，使每一个代替的矩形波宽度的中点与其对应的脉冲波宽度中点重合，这样处理后就可以得到2-1（b）中所示的波形图。这就是PWM波形成的过程。每一个矩形波对应是是被分割的正弦波。图中得到的波形位于正半轴；对于正弦波的负半周，由上述的方法也可以得到类似的PWM波形，只不过它的幅值位于负半轴。可以看出来这些矩形波的宽度是按照正弦波的规律变化的，这种波形也被称作SPWM波。2.2.2PWM调制方法PWM整流器常用的调制方法有单极性SPWM调制和双极性SPWM调制，这两种方法在实际运用中运用的都比较广泛，它们各有优缺点，具体应用还要看实际情况。这里以单相PWM整流器为例来解释说明。当采用单极性PWM调制时，从图2-2（a）中可以看出使用了两组大小相等方向相反的调制波Ur，调制波Ur与三角载波Uc比较后生成控制信号这组信号可以同时控制两个器件，若要同时控制另外两个器件，只需要把生成的控制信号滞后180度就可以对另外两个器件进行控制了。图a图b图2-2单极性SPWM波调制原理图对照图2-2a与图3-4得知，当Ur高于Uc时，V1得到触发开通，此时V2失去触发信号，同时承受反向电压，它就自动关断了当Ur低于Uc时，V1失去触发信号关断，同时V2得到触发信号开通，另外一只桥臂的运行方式与上诉的差不多。同时导通的器件就可以组成对应的整流电路。与单极性PWM调制方法不同，双极性调制只需要一个载波，它可以同时控制两个器件的导通与关断情况。图a图b图2-3双极性SPWM波调制原理图如图2-3的a图所示，当Ur高于Uc时，V1和V4同时得到触发信号开通，同时V2和V3承受反向电压关断；Ur低于Uc，此时V1和V承受反向电压关断，S2和S3得到触发脉冲开通，则整流桥交流侧电压与直流侧大小相等，方向相反。通过上述的两种对比可以得知，当使用单极性PWM调制策略时，需要两个调制波来生成，这样她的调制策略就会比较复杂。而采用双极性PWM调制策略时，只需要一个调制波可实现同时控制四个器件，控制方法比单极性简单。虽然单极性调制方法相对复杂一些，但是它的优点也明显，采用单极性PWM调制方法时，主电路器件开关顺序可以组成四种不同的电路，直流侧生成的电压有三种，对器件的电流冲击会降低;当使用用双极性PWM调制方法时，由于它生成的控制信号可以同时控制两个器件的导通关断，因此，它只能组成两种不同的整流电路直流侧生成的电压有两种，对器件的冲击比较大，会降低器件寿命。通过对比图2-2图b和图2-3图b的可以看出，采用单极性PWM调制时，产生的PWM矩形波比单极性的要密集一倍，这意味着使用单极性的整流器中器件开通关断的频率是双极性PWM调制下的两倍，但是它也降低了交流侧谐波含量从而降低了交流侧的脉动，直流侧的滤波电容是根据交流侧电流的脉动大小选择的，交流侧脉动减小，直流侧的电容也可以相对去小一点。从经济成本上考虑，单极性PWM调制方法更加节约成本。因此本文选择单极性PWM调制方法。2.2.3SPWM波生成方法SPWM波形生成方法多种多样，大致上分为计算法和调制法。计算法的精度很高，它可以把每个脉冲的宽度和间隔距离都精确的计算出来，但是要求也高，需要提前知道调制波的频率、幅值，还要计算好半个周期里需要的脉冲个数；调制法让调制波与载波作比较后生通过改变它们的交点来得到理想的SPWM波形。调制法实现起来比较简单，实际运用中一般用模拟电路构成载波和正弦调制波发生电路，载波一般选用三角波，通过比较器来确定它们的交点，在交点时刻对开关器件进行通断控制，从而生成SPWM电压波形。下面详细介绍几种常用的SPWM波形实现方法，并分析各自的特点。等面积法等面积法实际上在上文中以经说明，它就是SPWM波生成的原理。通过采集脉冲各个矩形波的宽度与间隔后，计算机可以自己查表后自动生成控制信号用来控制开关器件通断，就可以得到期望的结果。这种方法以SPWM控制的基本原理为出发点，通过微型计算机准确地计算出各开关器件的通断时刻，所获得的波形很接近正弦波。但是也有不少缺点，它的计算过于繁杂，而且在一个周期内采集的数据非常多，而微型计算机的内存又不大，所以实际使用不太方便。硬件调制法硬件调制法实际上是为了解决等面积法计算复杂繁琐等问题被研究出来的方法。它其原理是将希望获得的波形作为调制波，将接受调制的波形作为载波，通过调制波对载波的调制得到PWM波形。实际运用中一般将等腰三角波作为载波，当调制波为正弦波时，得到的就是SPWM波形。这种方法实现起来较为简单，可以用模拟电路搭建。但是电路结构过于复杂，在需要用到精确控制的场合难以实现。（3）软件生成法微型计算机的发展与应用使得PWM波形的生成过程变得简单许多。将微型计算机引入PWM控制技术，自然离不开算法。它的算法一般分为自然采样法和规则采样法两种算法：①自然采样法：自然采样法其实就是在三角载波与正弦调制波相交的一刻对电力电子器件进行控制。由于正弦波在不同相位角对应的值都不同，因此，它与三角载波波相交后所得到的对应的脉冲宽度也不同。但是正弦波的频率很高，一秒几十次的变化，这意味着这种算法计算量会非常大，导致占用的储存空间也会变多，生成所需要的时间也会增加，因此使用的范围不是太广。②规则采样法：。自然采样法中，脉冲的中点和对应的三角载波单个周期的中点没有重合，导致计算量过大，为了减少计算量，专家学者将二者重合。让每个脉冲中点与相应三角载波中点重合，这样处理之后，计算量降低了不少。这种方法就是规则采样法。图2-4规则采样原理图如图2-4所示，取两个相邻的峰值它们相隔时间为,在三角波负峰值时刻对调制信号波采样得D点,过D作水平线与三角波交于两点，如果载波的幅值足够高，这两个交点出得到的PWM波与自然采样法的差不多。而且它采集一次样本就可以对两个器件进行控制，比自然采样法的计算量小了很多。假设三角载波的幅值为“1”，正弦调制波公式表示为（2-1）a为调制度，为信号波角频率。由冲量理论可得（2-2）公式变形后可得（2-3）三角波同一周期内，脉冲两边对间隙宽度为式（2-4）（2-4）占空比D=。其实不同的调制方式生成的SPWM波形都是差不多的，没有太大的差异。但在在运用PWM控制技术时要从不同的角度去考虑运用何总调制方法。在整流器的控制中，要考虑整流器对电压的利用率，同时还要降低交流侧的谐波等问题。因此在实际场合使用时要论情况选择。3PWM整流器拓扑结构比较3.1PWM整流器简介3.1.1PWM整流器简介把PWM控制技术与使用全控型器件的整流电路结合起来的电路就是PWM整流电路，它不仅有传统整流电路的优点，而且在不同程度上克服了传统整流器的缺点。SPWM控制技术最初是应用在逆变电路的，后来被引入到整流器的控制中，并且得到了显著的效果。通过对PWM整流电路进行控制，整流器交流侧的电流非常接近正弦波，与同侧的电压同相位，这样就实现了整流器运行在单位功率因数之下。由于整流器件从传统的不控型或者半控型器件换成了全控型的器件，因此它也获得了新的优点：它不仅能作为整流器，在一定条件下也可以是逆变器，与传统的整流电路相比它的动态响应速度也更快。综上所述，PWM整流器己经不是一般传统意义上的把交流电转换为直流电的装置了，它的能量的可以双向传输，当PWM整流器从电网吸取能量时，运行于整流工作状态：当PWM整流器向电网传输电能时，其运行于有源逆变工作状态。PWM整流器运行于整流状态时，交流侧电压、电流同相位(正阻特性);当PWM整流器运行于有源道变状态时，其交流侧电压、电流反相(负阻特性)。3.1.2PWM整流器原理分析从模型电路说明其基本原理。如图3-1所示，PWM整流器模型主电路是由交流侧回路、功率开关桥路和直流侧回路组成的。其中交流侧回路包括交流电动势以及网侧电感L等组成。直流回路包括负载电阻R及负载电动势e等。功率开关桥路为电压型或电流型桥路组成。当忽略掉变流器件开关功率损耗时，由于能量守恒定律可知，直流交流两侧的功率平衡，可得式（3.1）（3.1）式中u与i是交流侧电压电流，和是直流侧的电压电流。从式中可以看出如果改变交流侧的参数，相应的直流侧的参数也会改变，因此可以通过控制交流侧输入来控制直流侧的输出；反之，也可以通过对直流侧输出电压电流的控制来控制交流侧电压电流。图3-1PWM整流器模型图为了简化分析和方便建模，假设整流器运行在理想的工作状态之下，忽略掉交流侧的谐波分量不及开关器件的功率损耗，电感参数也忽略掉。如图3-2所示，选择交流侧电动势E矢量的正方向作为参考方向,通过改变交流侧电压矢量U的大小和方向，就可实现PWM整流器在图3-2所示的以A、B、C、D四点为间隔的四象限运行。（a）纯电感特性运行（b）正阻性运行(c)纯电容特性运行（d）负阻性特性运行图3-2PWM整流器交流侧稳态矢量关系图图3-2中E是交流侧电动势矢量；U是交流侧电压矢量；是交流侧电感上的电压矢量；I为交流侧电流矢量。由图3-2，图中圆是以U为半径的圆。规定交流侧的电动势矢量方向为正方向，可以看出改变U的大小和方向的话就可以让整流器在不同的状态下运行。当电压矢量U端点位于圆轨迹A时，电流矢量I比电动势矢量E滞后90度，这是电感特有的特性，因此PWM整流器运行状态是纯电感状态，如图3-2(a)所示;当电压矢量U端点运动到圆轨迹B点时，电流矢量I于电动势E平行且同向，此时，PWM整流器网侧表现为正电阻特性，如图2.2(b)所示;当电压矢量U端点运动到C点时，电流矢量I超前电动势矢量E90'，这是电容特有的特性，因此它运行在纯电容状态下，如图2.2(c)所示;当电压矢量U端点运动到D点时，电流矢量I于电动势E平行且反向，相当于在电阻两侧加了反向电压此时，PWM整流器交流侧表现为负电阻特性，如图2.2(d)所示。由上面的分析可以得知：PWM整流器运行状态可以通过改变U在不同的工作状态点改变，下面进一步分析整流器在不同状态点运行的规律：当电压矢量U运行在弧AB上时，PWM整流器运行在整流状态下。可以看出它的功率因数为负值此时，PWM整流器发出负功率，意味着它需要从交流侧吸收功率，吸收的电能通过PWM整流器整流后传输到直流侧供负载吸收。运行在整流状态下不意味着它就在变换电能，当运行在A点时，功率因数为-1，从电网吸收的都是感性无功功率；运行在B点时，此时它的单位功率为1，整流器运行在单位功率因数；(2)当电压矢量U端点落在BC段时,PWM整流器运行于整流状态。此时，PWM整流器需从交流吸收有功及容性无功功率，通过PWM整流器将吸收的电能转化为直流电传送直流侧的负载。当PWM整流器运行至C点时，PWM整流器只吸收交流侧的容性无功功率电网。(3)当电压矢量U端点沿着圆弧CD运动时，PWM整流器运行在有源逆变状态。将直流侧电容看做是一个直流电压源，此时PWM整流器从直流侧吸收有功及容性无功功率,PWM整流器将直流电逆变回交流电传输回电网。当PWM整流器运行至D点时，它运行在单位功率因数有源逆变。(4)当电压矢量U端点沿着圆弧DA上运动时，整流器运行情况和（3）相似。只不过吸收的是感性无功功率。3.2PWM整流器的拓扑结构由于PWM整流器要适应不同的工作环境，因此它有多种多样的分类的，按续流二极管不同的排列形式形式可分为电压型与电流型；按照电网相数不同可分为单相电路、三相电路与多相电路；按PWM开关调制分类可分为硬开关调制与软开关调制；按桥路结构分类可分为半桥电路与全桥电路；按调制电平数量又可分为二电平电路、三电平电路与多电平电路。PWM整流分类方法虽然很多,但最基本的就是电压型和电流型的，其他的拓扑结构都是再次基础上拓展的。这两类整流器的拓扑结构是对称的，由于它们两种主电路结构各有特点，下面对这两种电路分别介绍。3.2.1电压PWM整流器拓扑结构（VSR）(1)电压型单相半桥PWM整流器电压型单相半桥PWM整流器也被称作半桥型VSSR，由上个世纪八十年代末期A.W.Green提出来的整流器拓扑结构。主电路图如图2-1所示。图中一个桥臂串联了两个绝缘栅双极晶闸管，每个功率开关器件要反向并联一个续流二极管，另一个桥臂串联两个电容，同时起到储存电能的作用。从图中可以看出半桥型VSSR所用的电力电子器件较少，结构相对简单只有两个全控器件，两个二极管，因此成本比较低，考虑到成本时才会使用。在相同控制性能指标下，而且加在半桥型VSSR的功率开关管的电压就是网侧电压，这就要求它使用的器件耐压值会是全桥器件的两倍。由于半桥型VSSR的直流侧使用了两个电容，需要进行中点电压平衡控制，这样会增加半桥型VSSR的控制复杂度。图3-3单相半桥PWM整流器主电路图全桥型VSSR半桥型VSSR出现不久后，单相全桥电压型PWM整流器相继出现。相比半桥型的,它使用的电力电器件多了一倍，但是直流侧的电容少了一个。对比图3-3与3-4可以看出，全桥电路整个直流环节可全部施加到负载电阻上，半桥电路只有一半直流电压加到负载电阻上，剩下的电压需要电路本身承受，在相同的输出功率情况下，全桥型整流器器件承受的电流是半桥型整流器的一半。全桥型由于工作电流减小，电路中用来连接的导线也可以选择更细的，各负载上的损耗也随之降低。所以对全桥型整流器使用的更加广泛。图3-4单相全桥PWM整流器主电路图三相半桥VSR整流器拓扑结构图3-5三相半桥型PWM整流器主电路图三相半桥电压型PWM整流器主电路图如图3-5所示，这是一种最常见的三相PWM整流器，其交流侧采用三相三线制连接，比单相桥式多了一个桥臂。这种结构在三相电网平衡时使用的较多。三相全桥VSR整流器拓扑结构当三相电网平衡时，系统一般使用三相半桥拓扑结构，就能得到良好的控制性能；但是当三相电网不平衡时，使用三相半桥结构的话，控制效果会大大降低，甚至发生故障给电网带来恶劣的影响。当三相电网不平衡时，就会使用三相全桥拓扑结构。如图3-6所示，三相全桥电路交流侧由三相四线制和三相变压器组成，多出的一条线用来平衡电压，交流侧其余部分与三相半桥结构相同。桥路由六个桥臂，十二个开关管组成,每个开关管都反并联一个续流二极管。三相全桥VSR实际上是由三个独立的单相全桥VSR组合而成的，当电网不平衡时，不会严重影响PWM整流器控制性能，但是三相全桥电路所需的功率开关器件是三相半桥路的两倍，所以三相全桥路整流器使用较少。考虑到成本以及控制算法，因此，三相半桥电路是目前最常用的整流电路。图3-6三相全桥型PWM整流器主电路图3.2.2电流型PWM整流器拓扑结构与电流型整流器不同，电流型PWM整流器交流侧使用的是交流电流源，交流电流源在实际运用中使用的不多时电流型PWM整流器直流侧所需要的电感较大，因此电流型PWM整流器受到电感发展的约束。直到近些年超导磁能存储材料及其技术的发展，电流型PWM整流器的储能效率显著提升，同时成本也降低了许多，电流型单相PWM整流器逐渐得到了发展。单相电流型全桥PWM整流器主电路图三相电流型PWM整流器主电路图图3-7电流型PWM整流器拓扑结构图电流型PWM整流器主电路结构如图3-7所示。电流型PWM整流器交流侧使用电感与电容用来降低网侧电流谐波分量。另外，电流型PWM整流器采用开关管与二极管串联的方式阻断方向电流，减小反向电压。直流侧电感储能，大电感与阻抗采用串联的方式可以保证输出平滑的电流，使直流电流更加平稳。相比于电压型整流器，对于低于电源电压的场合，电流型整流器提供的是恒定的直流电流，其电压可调，且低于电源电压，因此电流型PWM整流器具有降压斩波电路的特性。电流型PWM整流器对电流的控制更加简单直接，它具有更快的动态反应速度。4PWM整流器控制策略介绍4.1控制技术介绍提到PWM整流器就绕不开对其控制技术的讨论，由于拓扑结构被发掘的差不多了，近几年的研究大多数都是对控制策略的研究。为了使电压型PWM整流器工作时达到单位功率因数，网侧呈现受控电流源特性，其网侧电流控制策略的研究显得十分重要。根据有无引入电流反馈可将控制方法分为两大类:不引入交流电流反馈的是间接电流控制策略；引入交流电流反馈的目前占主导地位的直接电流控制策略。4.2控制技术分类4.2.1间接电流控制间接电流控制用的是电流开环控制，它在计算时没有从交流侧引入电流，因此采用该方法的PWM整流器不需要采样交流侧电流，节约电流传感器，降低成本，该控制策略具有结构简单、便于实现、静态特性好等优点。但其缺点也十分明显，由于网侧输入电流没有直接参与控制，电流的动态响应速度慢，对起动过流以及负载投入等工况无法做出及时的调节或者采取保护措施，系统动态性能将变差。此外，控制系统中调制波的计算与输入侧电感、内阻和网侧电压直接有关，主电路参数变化对系统控制影响很大。这些缺点限制了间接电流控制策略的应用范围，但其在PWM整流器控制技术的发展历程中有重要地位，对其的研究有助于理解整流器电流控制策略。4.2.2直接电流控制直接电流控制是在间接电流的基础上提出来的，是为了解决间接电流控制的缺点，它在交流侧引入了电流闭环控制，引入闭环控制以后，整流器整体动、静态性能比之间接电流有了明显提高，相应的它的电流响应速度也有了提升，同时也使网侧电流控制对系统参数不敏感，增强了控制系统的鲁棒性。但是它的控制电路结构和算法又比间接电流控制的麻烦一些。随着学者对直接电流控制的深入研究，出现了许多种类的基于直接电流控制的方法，最早期的是滞环电流控制，但是这种控制方法控制下的器件开关的频率不固定，控制的实现比较难，而且器件也不好选择。随后出现的是预测电流控制，这种控制策略保留了滞环电流控制的优点，同时解决了滞环电流开关频率不固定的缺点，而且它的实际电流跟得上给定值电流，所以它的相应速度很快，它的控制电路只用了一个比例积分调节器，参数的设定也简单。还有近期出现的同步PI控制，它继承了滞环电流的优点，而且控制的更加精确，通过把有功、无功功率解耦后转换到同一坐标系控制，它可以单独调节有功、无功功率，得到的动静态性能也很好。4.3.3矢量控制矢量控制早在20世纪70年代初被提出，实现它的关键是坐标的变换，将三相静止坐标系的交流电流等效成两相静止坐标系下的交流电流，在通过对其坐标旋转将其等效成同步旋转坐标系上的直流电，这时就可以通过改变直流分量来改变交流分量了，系统就得到了与直流系统差不多的静、动态性能了。4.3.4其他控制策略随着PWM整流器及其控制策略研究的深入，研究人员展开了多角度多层次的研究工作。为了进一步提升PWM整流器的工作性能。各种新式控制策略如同雨后春笋被各国学者提了出来，如基于神经网络控制策略、基于负载功率前馈的控制策略、三相PWM整流器DSISO控制策略等，这些策略的发展使得PWM整流器的工作性能进一步改善，并且其控制也越来与智能化。5仿真5.1软件介绍Matlab全称是matrixlaboratory,它是一种以矩阵来处理数据的计算软件，应用范围十分广泛，该产品有若干模块组成，simulink便是其中之一，利用图形化的工具来进行建模和仿真。Simulink是基于matlab的框图设计环境，可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真，他的应用领域十分广泛，任何能用数学模型来描述的系统都可以在simulink里仿真分析，比如通讯、电子、机械等。这些系统从数学领域来描述多涉及到连续、离散、非线性、时变、条件执行、多速率混合等用解析方法难以求解的系统，它们都可以在simulink里建模仿真。是一款非常实用的软件。5.2建模由于单相桥式电压型PWM整流器与三相桥式PWM整流器更实用，这次便是对这两种电路进行仿真。图5.1单相桥式PWM整流器仿真图图5.2三相桥式PWM整流器仿真图如图5.1与5.2所示，这里对它的主电路模块不再介绍，主要介绍控制电路模块。以单相桥式PWM整流器仿真图为例，从交流侧引出的电压要经过一个增益模块，要选定适当的增益比例，因为控制电路使用的是弱电，交流侧的电压220v交流电，峰值为380V,因此增益比例设定为；接着是一个关系运算器和一个三角波发生器，这里就是PWM波生成模块，其中关系运算器要设定为>=,三角波发生器设定参数时间值[0]，输出值为[-11-1]；后面接着一个逻辑发生器，选择为NOT；其后是一个MAX模块可以把一个信号转化为几个相等的信号，通过图示的连接方法就可以实现对四个开关器件同时控制。5.3仿真结果单相桥式PWM整流器仿真波形如图5.3所示图（a）交流侧电流电压波形图图（b）直流侧电压电流波形图图5.3单相PWM整流波形图从图5.3中可以看出，直流侧的电压全都在正半周，没有交流侧电压的负半周，基本符合直流电的波形，但是可以看出它输出的电压脉动还是比较大从图5.4中可以看出，电流电压波形比单相PWM整流器波形平滑了很多，得到的直流侧波形输出稳定图（a）交流侧电流电压波形图（b）直流侧电流电压波形图5.4三相PWMW整流器仿真波形结论PWM整流器一经问世就得到了广泛应用，因为它克服了传统整流器的缺点，对电网不会产生谐波污染，是一种“绿色环保的”电力电子变流装置。PWN整流器的研究在国内外都是一个非常活跃的热门领域。主要的研究都针对数学模型、拓扑结构和控制策略这几个方面研究的。本文总结了国内外的研究成果，在此基础上对PWM整流器拓扑结构以及其控制策略进行了分析，并在Matlab/Sinulink软件上对不同类型的PWM整流器进行仿真，并得到仿真结果。通过这次毕业设计，我了解了PWM整流器的研究意义，国内外对其研究的发展及现状，在文章中介绍了PWM波的调制过程以及其生成方法，详细分析了PWM整流器工作原理，并对不同的PWM整流器拓扑结构做了对比。并得到了仿真结果。这次的设计有很多不足之处，由于疫情原因，不能去学校，所以很多工作有所延误，由于这次时间有限，并没有对PWM整流器的控制策略做过多研究。要想对PWM整流器的控制做更加精确的控制，对其的控制策略的研究是不可或缺的，这也是本次毕业设计设计的不足之处，没有对控制策略详细分析，只做了简短介绍。致谢通过这次毕业设计让我进一步了解了与PWM整流器相关的专业知识，毕业设计不仅仅是一门学科的运用，而是对之前学习的专业课的汇总。在实际的设计过程中，能把理论中所学的知识灵活地运用起来，并能在设计中遇到各种各样的问题，这样的设计提高了我们解决问题的能力，学会了在设计中独立解决问题，也包括怎样去查找问