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能源是人类赖以生存和发展的重要资源。在现代变频器行业中,普通变频器,只能工作在电动状态,是一种两象限变频器。它利用二极管整流桥连接直流侧和电网,无法实现能量的双向流动,所以没有办法将电机回馈系统的能量送回电网。在一些电动机要回馈能量的应用中,比如电梯、提升机等,只能在两象限变频器上增加电阻制动单元,将电动机回馈的能量消耗掉。另外,二极管整流桥会对电网产生严重谐波污染。随着变频技术的飞速发展,为了解决上诉能源问题,采用三电平四象限整流器来代替二极管整流桥进行设计。本文主要对三电平四象限整流器进行研究与设计。本人在阅读了大量国内外文献的基础上,了解了课题的背景,认真分析了四象限整流器的基本原理。本文首先对三电平四象限整流器的拓扑结构进行分析,建立了三电平四象限整流器在三相静止坐标系abc、两相静止坐标系αβ和两相旋转坐标系而下的数学模型,并对模型进行了优化。其次,对三电平SVPWM调制方法进行了分析,采用了一种基于参考矢量的SVPWM算法,在此基础上,分析了中性点电位平衡控制策略,根据电流流向和中性点电位的变化等因素提出了一种新式的中性点电位控制策略。本文主要对三电平四象限整流器的控制策略进行了研究,首先采用了直接电流双闭环控制策略,即电压外环和电流内环。接着,在此基础上,结合瞬时无功理论,实现动态过程中有功功率和无功功率的解耦控制,这是一种新型的直接功率控制方法。具有算法简单、动态响应快、电流谐波小的优点。最后,通过PLECS系统仿真软件验证了 SVPWM算法以及整个三电平四象限整流器控制系统算法的正确性和有效性。最后,在实验室三相异步电机控制实验平台基础上,以TMS320F28335 DSP控制器为核心,搭建三电平四象限整流器控制系统实验平台,对平台进行了硬件控制电路设计,通过实验证明了控制策略的正确性,实现了能量双向流动,变频器能够顺利将再生电能回馈电网,达到降低能耗和节约电能的效果。