单相PWM整流器软件设计：高功率因数与电流控制策略

在现代电力系统中，单相高功率因数整流器的软件设计是一项关键任务，它涉及到电力质量的改善和能源效率的提升。非线性负载的存在导致电网电压和电流波形出现畸变，这不仅影响电力系统的稳定运行，还可能对周边设备造成负面影响。因此，设计一个能够提供高质量电能变换和实现负载电能回馈的整流器变得尤为重要。 本文主要研究的是采用电压型PWM（脉宽调制）整流器的单相高功率因数整流器软件设计。电压型PWM整流器的网侧电流控制是实现这一目标的关键，直接电流控制策略因其快速响应和良好的鲁棒性成为主流。文章采用了固定开关频率的三角波比较法作为直接电流控制的基础，通过这种方法可以有效地实现对网侧电流的精确控制。 针对单相PWM整流器的复杂性，尤其是建模和控制器设计的挑战，作者提出了一个创新的方法。该方法结合了古典线性控制理论和非线性的线性化处理，同时考虑了输入输出能量守恒的原则，设计了一种高效的PI调节器。针对电流和电压控制环，分别选择了合适的调节器类型，并进行了参数优化，确保了系统的稳定性和动态性能。 为了进一步优化输出质量，文中引入了基于系统数学模型的电压补偿控制，有效抑制了直流电压的跌落和电压谐波，从而提高了输出直流电压的稳定性和净化度。此外，软件设计部分涵盖了主电路的设计、IGBT整流桥驱动电路、同步信号采集电路以及DSP（数字信号处理器）控制电路的构建，所有这些都通过Matlab仿真得到了验证。 通过仿真和部分实验验证，本文设计的单相高功率因数整流器软件不仅能够实现高效的能量变换，支持双向电能流动，而且证明了PWM脉冲控制的有效性和正确性。这项研究不仅具有理论价值，对于提高电力系统的工作效率和减少电能损失具有实际应用价值，对于电力工程领域具有重要的参考意义。