三相电压型PWM整流器设计 输出直流母线电压可认为保持不变。由于交流滤波电感等效电阻及开关器件损耗等效电阻较小，在忽略交流滤波电感及开关器件等效电阻的条件下，根据三相电压型PWM整流电路拓扑结构，三相电压型PWM整流器的单相等效电路和相量图如下所示。
LEV
图2-2 单相等效电路
q&EI&V&LV&
图2-3 整流状态向量图
V&I&V&Lq&E
图2-4 逆变状态向量图
在图2-3 与图2-4中，E为电网电动势的电压相量，V为三相电压型PWM整流器的网侧电压相量， VL为交流滤波电感两端间的电压相量，I为交流电源输出的电流相量。
由图2-3和图2-4可见，适当控制V的大小和E之间的相位角?，就能控制输入电流I的大小与相位，就能控制整流器传送能量的大小，就控制了直流侧电压，就能够控制功率因数，甚至实现能量的双向流动。
如何控制输入电流，得到现想的功率因数以及实现能量的双向流动，根本任务在于得到各功率开关器件的控制规律和通断时间。PWM技术已广泛应用于整流系统以提高功率因数并改善电流波形。本文基于空间电压矢量脉宽调制原理，通过空间电压矢量PWM控制，在整流器交流侧生成幅值、相位受控的正弦PWM电压。该电压与电网电动势共同作用于整流器交流侧，在整流器交流侧形成正弦基波电流，谐波电流则由整流
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三相电压型PWM整流器设计 器交流侧电感滤除。
在传统的相位幅值控制方式中，在功率因数为1时，控制角与控制电压矢量V的计算是完全根据矢量图并依赖于主电路参数如下式：
2V?（I?L）?E2 (0-1) (0-2)
??arctanI?L E式中?为交流电源电压的角频率,I为交流电源的电流的幅值,V为整流器的网侧控制电压幅值，E为交流电源电压的幅值, ?为控制相位角, L为网侧滤波电感值。
由式(2-1)和(2-2)的运算量较大并且与主电路参数相关联，不易实现实时控制，系统存在受主电路参数影响的局限性。本文提出的控制方法是将PI调节器的输出作为相位角?的给定，而相位角?作为被指对象的输入变量，依据能量守恒原则和系统的调节关系以及矢量关系确定控制算法，这样就实现了对整流器网侧控制电压V的相位的控制，系统闭环结构框图如图2-5所示。
abcU*dc+-UdcdqPI控制器 eaebecuaDqub移相??u*a??e?j???u*b空间电压矢量调制 直流电压检测
图2-5 系统闭环结构框图
对于网侧控制电压幅值，根据空间电压矢量脉宽调制控制原理有：
m?3VdcV*
(0-3)
式中m为SVPWM调制系数 (m?l)，Vdc为直流母线电压，V*为调制电压空间矢量。
令V*=E， 由式(2-3)得
m?3Vdc8
E (0-4)
三相电压型PWM整流器设计 依据式 (2-4)，根据电压空间矢量脉宽调制原理，便可得到与交流电源电压幅值相等而相位相差?的整流器网侧控制电压。又由图 2-3 和图 2-4，在V?E条件下，交流电源电压E与电流I的夹角为?率因数为
(整流运行)或(???) (逆变运行)，则整流器的功22
??cos?2?cos???2
????(0-5)
由式（2-5)可知，通过限制?的大小,便可实现对功率因数的控制。本文中对?的取值大小作如下限定：
0???
?6 (0-6)
由式(2-5)和式(2-6)得，功率因数的大小范围为：
0.96593???1
(0-7)
因此，本文三相电压型PWM整流器的工作原理是通过控制电感L的引入，将高功率因数控制和直流母线电压稳定控制问题转化为电感端电压的控制问题。根据电网三相电源E的特性来调节整流器网侧电压V以控制电感电压VL，从而实现对输入电流I的大小与相位的控制，从而控制了整流器传送能量的大小及直流侧电压，并且实现高功率因数控制。
2.3 本章小结
本章首先介绍了三相电压型PWM整流器的主电路拓扑结构，然后根据三相电压型PWM整流器的主电路拓扑结构，阐述了三相电压型PWM整流器的工作原理，通过分析可知，适当控制V的大小与E之间的相位角?，就能控制输入电流的大小与相位，从而控制了整流器传送能量的大小及直流侧电压，就能够实现高功率因数控制。
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三相电压型PWM整流器设计 第3章 三相电压型PWM整流器的控制方法
与系统仿真的研究
3.1 三相电压型PWM整流器的控制方法
对三相电压型PWM整流器的控制，旨在稳定直流侧电压的同时，实现其交流侧在受控功率因数条件下的正弦波电流控制。目前，三相电压型PWM整流器的电流控制技术主要分为两大类，即直接电流控制和间接电流控制。直接电流控制以快速电流反馈控制为特征，如滞环电流控制、固定开关频率电流控制、空间矢量电流控制等。这类控制可以获得较高品质的电流响应，但控制结构和算法十分复杂。间接电流控制技术实质上是，通过PWM控制，在三相电压型PWM整流器桥路交流侧生成幅值、相位受控的正弦PWM电压，该PWM电压与电网电动势共同作用于三相电压型PWM整流器交流侧，并在交流侧形成正弦基波电流，而谐波电流则由交流侧电感滤除。由于这种控制方案通过直接控制整流器交流侧电压进而达到控制交流侧电流的目的，因而是一种间接电流控制方式。间接电流控制在控制系统中通过控制调制电压的幅值及其与电源电压的相对位移来控制输出直流电压和功率因数，尽管它动态响应稍慢，还存在瞬态直流电流偏移，但它具有简单的控制结构和良好的开关特性，检测量少，无需电流传感器，成本低，易于数字化实现，适用于对控制性能和动态响应要求不高的场合，具有良好的工程实用价值。本文采用间接电流控制方法，对整流器直流侧电压稳定控制的同时，实现高功率因数控制。
如何控制输入电流，得到理想的功率因数以及实现直流母线电压稳定和能量的双向流动，根本任务在于得到各功率开关器件的控制规律和通断时间。PWM技术已广泛应用于整流系统以提高功率因数并改善电流波形，本文基于空间电压矢量脉宽调制原理，通过空间电压矢量PWM控制，在整流器桥路交流侧生成幅值、相位受控的正弦PWM电压，该电压与电网电动势共同作用于整流器交流侧控制电感，实现输入电流控制。
3.2 等量坐标变换
等量坐标交换，是指在某一坐标系中的通用矢量与变换后的另一坐标系中的通用矢量相等的坐标变换。下面以电压矢量U为例，说明从三相对称静止坐标系(a，b，c) 到两相正交静止坐标系（d，q）的交换。
图3.1表示了三相对称静止坐标系(a，b，c)与两相正交静止坐标系(d，q)的空间位置关系。其中d轴与a轴重合，而q轴超前 a轴90°角。
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三相电压型PWM整流器设计 q ucbuqUquuabuaddc图3-1 坐标系(a，b，c)与坐标系(d，q)
若U与d轴的夹角为?，则U与d、q轴上的投影满足：
??ud?umcos???uq?umsin? ???um?u2d?u2q另外，U在 a、b、c轴上的投影为：
??ua?umcos???2???u?b?umcos???3???? ?u?u2????cmcos?????3??由式（3-2）得
???ua?umcos???u??1ucos??3u?b2m2msin? ???uc??12umcos??32umsin?联立式(3-1)-(3-3) 得
??ud=u?a??uq=（u a+2ub）/311
(0-8)
(0-9)
(0-10)
(0-11)