PWM整流器控制策略研究与实验验证

本篇硕士学位论文深入探讨了PWM（脉宽调制）整流器在电力机车电源侧变流器中的关键作用。 PWM整流器以其高功率因数、低谐波污染和双向能量流动的特点，成为大功率交直交电力机车传动系统中的理想选择，显著改善了电网质量和系统效率。 论文首先介绍了单相电压型两电平PWM整流器的基本工作原理和工作模式，通过定义开关函数，构建了其等效电路和数学模型，强调了瞬态电流控制和预测电流控制这两种控制策略在电力机车应用中的优越性。通过二重化控制，作者研究了如何减少谐波和提升设备容量，探讨了其原理和实施方法。 相比于两电平，论文着重分析了单相三电平PWM整流器的优势，如主开关管电压应力降低、交流侧电压谐波减少、开关损耗减小和电磁污染减轻。文章详细剖析了单相三电平二极管钳位PWM整流器的工作原理，并建立其开关等效电路。针对不同的电路结构，论文还介绍了基于SPWM（正弦脉宽调制）和SVPWM（空间矢量脉宽调制）的瞬态电流控制算法及其实现。 论文进一步讨论了三电平整流器固有的中点电位平衡问题，并提出了一种简单的脉冲转换方法来解决这一挑战。通过MATLAB/Simulink仿真环境，作者构建了多种控制策略的双闭环仿真模型，并对仿真结果进行了深入分析，验证了理论研究的有效性。 此外，论文还关注了直流侧二次滤波环节的缺失，通过仿真分析探讨了其对系统性能的影响。最后，论文提供了PWM整流器主电路参数设计的方法，并实现在硬件平台上进行了两电平整流器的双闭环实验，实验结果与仿真分析结果一致，充分证明了研究的实用性和有效性。 关键词：PWM整流器、开关函数、整流器二重化、中点电位平衡、空间电压矢量，这些都成为了本文的核心技术点，对于理解和设计高性能电力电子设备具有重要意义。