西南交通大学课程设计
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时能否使得交流侧获得高功率因数，此时有：
us1?mUdsin(?t??)us1?mUdsin(?t??) （2-11）
从相量图及式(8)可以看出为保持单位功率因数，通过脉宽调制的适当控制，在不同的负载电流下，使向量端点轨迹沿直线AB运动。同理也能得到逆变工况下的运行条件，这里不再赘述。
2.3 单向电压型PWM整流电路工作过程分析
(1)工作模式1：T1(D1)、T3(D3)或T2(D2)、T4(D4)导通时，即下桥臂开关或上
桥开关全部导通，此时uab=0，负载消耗的能量由电容C提供，直流电压通过负载RL形成回路释放能量，电压下降。同时，电源uN两端直接加电感Ls上，当uN>0时，即uN处于正半周，电感中电流is上升，T3和D1导通或者T2和D4导通，只要T2、T3中的一个导通即可下如图；
当uN<0时，即uN处于负半周，电感中电流is下降，T1和D3导通或者T4和D2导通，只要T1、T4中的一个导通即可如图，这两种状态使电感储存能量，并满足关系式(2-12)：
uN=Lsdisdt?isR
（2-12）
(2)工作模式2：T1(D1)、T4(D4)导通时，此时uab?uc储存在电感Ls中的能量
逐渐流向负载R和电容C上，电流is下降，通过D1和D4形成回路，且T2、T3同时关断。直流侧电流id一方面给电容C充电，使得直流电压uc上升，保证直流电压稳定，同时高次谐波电流通过电容形成低阻抗回路；另一方面给负载R提供恒定的电流id，并满足关系式(2-13)：
uN?Lsdisdt?isR?uab
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uab?uc
（2-13）
(3)工作模式3：T2(D2)、T3(D3)导通时，此时uab??uc储存在电容C中的能量逐渐流向负载L和电感Ls上，电流is上升，通过D2和D3形成回路，且T1、T4同时关断。并满足关系式(2-14)：
uN?Lsdisdt?isR?uab
uab??uc
（2-14）
在任意瞬间，电路只能工作于上述开关模式中的一种。在不同时区，可以工作于不同模式，以保证输出电流is的双向流动，即实现能量双向流动。从单相工作原理可以看到当电容充电时，主要依靠IGBT并联的二极管工作，输入电感释放能量，输入电流变化取决于输入电压正负；当电容放电时，主要依靠IGBT本身和二极管工作，输入电感储存能量，输入电流的变化同样取决于输入电压正负。这是Boost型电路拓扑和IGBT所决定的工作方式。
采取正弦PWM方式对全控开关器件T1~T4进行控制，则在全控桥的交流输入侧可以产生一个正弦调制PWM波uab忽略高次谐波的影响，则uab中只含有和被调正弦信号波同频率且与幅值成比例的基波分量，即由于电感Ls的滤波作用，使得高次谐波对网侧电流is的影响很小。在这种理想情况下，is为与网侧电源电压uN同频率的正弦波。若网侧电源电压uN不变，由电路结构可知，is的幅值和相位仅由uab中的基波分量uab1的幅值及其与电压uN的相位差决定，控制uab中
基波电压uab1的幅值和相位即可控制整流器功率的流向和功率因数角，如图2.1所示。因此，电压型PWM整流器既可以运行在整流状态，也可以运行在逆变状态。
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图2.2 单相电压型PWM整流电路控制时序与整流运行模式图
第3章 matlab仿真实验分析
3.1设计方案
在此次设计中是单相两电平PWM整流的仿真研究，主要是通过一个具体的PWM整流方案或者自己搭建一个PWM整流的方案来研究PWM整流的工作特性、各部分的基作用及整流后输出的直流电压谐波含量分析。
对PWM整流进行仿真研究需要从几个模块分别进行研究，例如有PWM脉冲发生、整流模块、负载模块及测量模块几个部分。其主回路主要有三部分构成：将工频电源变换为直流电源的“整流器”；吸收由整流器产生的电压脉动的“滤波回路”，也是储能回路；产生PWM脉冲信号的信号发生电路。之后利用Matlab/Simulink搭建模型对其输出的波形进行仿真研究，并进行谐波分析，并分析输出谐波对交流电机负载运行的影响。
对PWM整流的基本原理和基本组成部分进行研究。然后选定合适的电压源，再进行降压，然后通过对整流器的分析研究选定合适的整流方案并进行研究分析，其中这些部分的研究要根据负载模块的相关要求来确定，例如：负载的电压、频率等的要求。
接下来要对交直交变频调速系统的基本特性进行研究，并与其他的调速方法作比较说明其优越性，确定其基本的参数。并在前面的理论基础上熟悉和学会在Matlab/Simulink中搭建模型的方法。为后面成功搭建交直交变频调速系统的模型和仿真作准备。
在前面的基础上搭建PWM整流的仿真模型，并对其中的参数进行设置进行仿真，对整流后的波形及其谐波含量进行分析。
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3.2 各部分仿真图形
PWM控制原理基本结构图
在实验的运行阶段， 需要对实验进行仿真， 本软件采用自动化领域广泛使用的应用软件 Matlab中的一个软件包 Simulink 作为仿真工具对各种电力电子电路进行仿真。Simulink 是一个结合了框图界面和交互仿真能力的系统级设计和仿真工具， 它拥有非常丰富的模块库，使系统建模像搭建实际电路一样方便。自 MATLAB6.5 版本以后， Simulink 的模块库中又增加了一个电力系统模块集 Power System Blockset， 可用于电力电子系统、 电机系统、 电力传动等领域的仿真和分析，功能十分强大。本软件主要用到的是Simulink 基本模块库和 Power System Blockset 模块集中的模块。
对一个电路的仿真需要分两步完成： 建模和设置参数，运行仿真。下面以二电平全控整流电路实验为例来介绍仿真的具体实现。 (1) 建模和设置参数：
根据二电平全控整流电路的原理图和实验过程中要求观测的波形， 在模型窗口中引入模块并设置参数如下：
1) 从 Electrical Sources 模块库中复制 （用鼠标拖拉）一个交流电压源模块到模型窗口中。电压设置值为2202V，频率 Frequency值都设置为 50， 相位设置为 0，其它值采用默认值。
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