课程名称： 交流传动课程设计
设计题目：两电平PWM整流电路及其控制系统仿真 院系：电气工程系 专业：电力机车
年级： 2009 姓名：高健 指导教师：丁菊霞
西南交通大学峨眉校区
2012年11月5日
西南交通大学课程设计
课程设计任务书
专业电力机车姓名高健学号 20097923 开题日期： 2012 年 9月 1 日完成日期： 2012 年 10 月25日
题目两电平PWM整流电路及其控制系统仿真
一、 设计的目的
PWM整流电路是电力机车主电路的重要组成部分，它可以改善机车的功率因数和减少谐波电流对电网的干扰。两电平PWM整流电路通过PWM产生脉冲信号控制IGBT导通，实现构成矢量直角三角形以提高功率因数。通过该设计，使我们掌握两电平整流的基本原理以及各部分的工作模式，通过仿真控制，比较理论实际分析PWM的整流特性。
二、设计的内容及要求
设计指标：
1、 了解两电平PWM整流器的国内发展前景以及它对于机车功率等各方面带来的影响 2、 仿真分析直流侧电压波形 3、 整流输入电压波形以及网侧电压波形，同时通过参数设置与调试达到理想效果 4、 用FFT工具分析网侧电流谐波含量 三、指导教师评语
四、成绩
指导教师 (签章)
年月日
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摘 要
众所周知，在传统的整流电路中，晶闸管可控整流装置的功率因数会随着其触角的增加而变坏，这不但使得电力电子类装置成为电网中的主要谐波因素，也增加了电网中无功功率的消耗无论是不控整流电路，还是相控整流电路，功率因数低都是难以克服的缺点。PWM整流电路是采用PWM控制方式和全控型器件组成的整流电路。可以最大克服功率因数低，谐波多等问题。本文详细分析单相电压型PWM整流电路的工作原理和工作模式，说明通过对PWM电路进行控制，选择合适的工作模式和工作时序，可使PWM整流电路的输出直流电压得到有效的稳定。同时也调节了交流侧电流的大小和相位，实现能量在交流侧和直流侧的双向流动，并使变流装置获得良好的功率因数。
同时通过对输出电压的波形进行实验仿真分析，通过FFT工具对输出电压波形的谐波含量进行分析，以达到最优输出波形。
最后建立其Matlab的仿真模型，验证了设计的正确性。
关键词： 单相电压型PWM； 整流； 功率因数；
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Matlab仿真； 直流侧
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目录
摘 要...................................................................................................................... 3 第1章引言.................................................................................................................... 5
1.1 概述............................................................................................................... 5 1.2 研究意义及背景 .......................................................................................... 5 1.3 PWM整流器的分类及特点 ........................................................................... 6 1.4 开展工作......................................................................................................... 7 第2章单向PWM整流结构及原理分析........................................................................ 8
2.1 单相电压型桥式PWM整流电路的结构 ...................................................... 8 2.2单相电压型桥式整流电路的工作原理.......................................................... 9 2.3 单向电压型PWM整流电路工作过程分析 ................................................ 11 第3章
matlab仿真实验分析 ............................................................................. 14
3.1设计方案........................................................................................................ 14 3.2 各部分仿真图形 ........................................................................................ 15 3.3 相关参数计算 ............................................................................................ 17
3.3.1 交流侧滤波电感的选择.................................................................... 17 3.3.2 直流侧二次滤波器的选择.............................................................. 19 3.3 .3直流侧支撑电容的选择................................................................... 19 3.4 输出波形 .................................................................................................... 20 总 结........................................................................................................................... 25 致谢.............................................................................................................................. 26 参考文献...................................................................................................................... 27
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第1章 引言
1.1 概述
PWM调制是现代发展起来的一项技术，早工程上主要有滞环比较法和三角波比较法，较之后者，滞环比较控制的硬件电路简单，属于实时控制，电流响应快对负载的适应性强，由于不需要载波，所以输出电压不含特定频率的谐波分量
PWM整流电路是采用脉宽调制技术和全控型器件组成的整流电路，能有效地解决传统整流电路存在的问题。通过对PWM整流电路进行有效的控制，选择合 适的工作模式和工作时序，从而调节了交流侧电流的大小和相位，使之接近正弦波并与电网电压同相或反相，不但有效地控制了电力电子装置的谐波问题，同时也使得变流装置获得良好的功率因数。
1.2 研究意义及背景
在所有的静止电力变换电路中，整流电路是最早出现的，常用的整流电路拓
扑结构早在二、三十年代使用汞弧整流器时就已成熟[1]-[4]。除直接使用直流电源的设备外，大部分DC/AC和DC/DC装置的输入直流电压是经不控或相控整流得到的，故整流电路的应用也最广。据1992年日本电气学会的调查报告[5]，在所有的电力电子设备中，整流装置要占到近70%之多。由于整流器的用量如此之大，所以它的输入特性对电网有很大影响。
概括来讲，传统的二极管不控整流和晶闸管相控整流器的主要缺陷是： (1)对公用电网产生大量的谐波；
(2)整流器工作于深度相控状态时，装置的功率因数极低；
(3)输出侧需要较大的平波电抗和滤波电容以滤除纹波。这导致装置的体积、重量增大，损耗也随之上升；
(4)相控导致调节周期长，加之输出滤波时间常数又较大，所以系统动态响应慢。以上缺点中的三、四条还仅是影响装置本身的性能，而头两条，尤其是产生大量的谐波，对公用电网产生了严重的污染，已成为公认的电网公害。
电网无功的副作用主要表现为降低了发电、输电设备的利用率，增加了线路
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