三相電壓型 pwm 整流器原理及控制方法（）

1、 能源在當(dāng)今國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展中起著非 常重要的作用，如何能夠合理的開(kāi)發(fā)并且高 效的利用能源是提倡低碳經(jīng)濟(jì)的今天急切需 要解決的重要問(wèn)題。 本課題研究對(duì)象是三相電壓型 PWM 整流 器，闡述 PWM 整流器的工作原理，并建 立其數(shù)學(xué)建模，通過(guò)運(yùn)用瞬時(shí)無(wú)功功率理 論對(duì)其進(jìn)行分析，然后根據(jù)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要 求，設(shè)計(jì)了電壓型 PWM 整流器。 主要性能指標(biāo)如下： A.輸入額定電壓220V，額定功率15KW， B.整流器輸出的直流電壓：650V。 三相電壓型PWM整流 器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如右圖所示， 其中在所示的電路中三相電 感L起濾波作用，因此交流 側(cè)電流可近似認(rèn)為是三相正 弦電流，C為直流側(cè)電容， 起穩(wěn)壓濾波

2、的作用，當(dāng)系統(tǒng) 穩(wěn)定時(shí)，可保持直流母線電 壓基本不變，故可看作是直 流電壓源。R為線路與開(kāi)關(guān) 管的等效電阻，RL為負(fù)載。 R R R L L L a b c RL ia ib ic O C idc iL 1 V T 2 V T 3 V T 4 V T 5 V T 6 V T dc u + - N a u b u c u L e idc udc + - v i 網(wǎng)側(cè)電流 開(kāi)關(guān)管交 流側(cè)的輸 入電壓 直流側(cè)電壓 包括電容、負(fù)載在 內(nèi)的直流側(cè)總電流 空間矢量PWM(SVPWM)控制策略是根 據(jù)整流器空間電壓矢量切換來(lái)控制整流器的 一種新的控制策略?；驹砭褪前讶?PWM整流器輸入端電壓在復(fù)平面上

3、轉(zhuǎn)換為空 間電壓矢量，通過(guò)不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)組合構(gòu)成8 個(gè)空間矢量去逼近電壓圓，從而形成 SVPWM波。 三相電壓型 PWM 整流器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 電 網(wǎng) B C A R R R L L L O a b c N C 1 VT 2 VT 3 VT 4 VT 5 VT 6 VT dc V + - L R dc i L i a i b i c i ac u 過(guò)零信號(hào) 檢測(cè)電路 DSP控制電路 兩相電流 傳感器 電源 模塊 a i b i SVPWM波形 開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng) 與保護(hù)電路 直流電壓，電流 傳感器 檢測(cè)控制電路 a I dc U 硬件電路設(shè)計(jì) o最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) DSP的最小系統(tǒng)包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。 時(shí)

4、鐘電路中，晶振采用10MHz晶振 復(fù)位電路采用按鍵手動(dòng)復(fù)位。 n過(guò)零檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 過(guò)零檢測(cè)電路引自二極管 整流橋的輸出端。當(dāng)二極管整 流橋輸出為高電平時(shí)，OUTO 輸出為低電平，只有當(dāng)設(shè)計(jì)中 的二極管整流橋輸出為低電平， 即正弦波過(guò)零點(diǎn)時(shí)，OUT0輸 出才為高電平。進(jìn)入 TMS320LF2407A的捕獲 (CAP)單元。通過(guò)測(cè)量?jī)纱紊?升沿的間隔時(shí)間，可以得到電 網(wǎng)頻率，能夠很好的防止電網(wǎng) 電壓在過(guò)零點(diǎn)波動(dòng)造成的誤動(dòng) 作。 n采樣調(diào)理電路設(shè)計(jì) 電流采樣器件為 LEM 公司的 LT59-S7 電流傳感器，其原邊額定電流為 50A， 轉(zhuǎn)化率為 1000:1 電壓采樣器件也為 LEM 公司的 LV2

5、8- P 電壓傳感器，其原邊額定電流為 10mA，轉(zhuǎn)化率為 2.5:1 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) NTC熱敏電阻的主要特點(diǎn)是: u 靈敏度較高; u 工作溫度范圍寬，適用于- 55125，玻璃封裝適 用溫度達(dá)200; u 體積小，能夠測(cè)量其他溫度計(jì) 無(wú)法測(cè)量的空隙、腔體及生物 體內(nèi)血管的溫度; u 使用方便等特點(diǎn)。 當(dāng)檢測(cè)到的溫度在85以上時(shí)，就認(rèn)為發(fā)生 過(guò)熱故障，DSP封鎖IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而 實(shí)現(xiàn)了保護(hù)模塊不受損壞。 nIPM保護(hù)及其接口電路 IPM驅(qū)動(dòng)電源要求的范圍是13.5V 16.5V，最好是在15V值下工作，當(dāng)電 壓低于13.5V時(shí)損耗會(huì)有所增加，保護(hù) 特性會(huì)出現(xiàn)漂移，會(huì)導(dǎo)致保護(hù)功能不

6、夠 充分，致使IPM損壞。因此就IPM而言， 控制電源是十分重要的，直接影響整個(gè) 系統(tǒng)的性能。 v故障處理電路 在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，若IPM中的IGBT 過(guò)流或出現(xiàn)短路故障，驅(qū)動(dòng) 板將檢測(cè)的過(guò)流故障信號(hào)通過(guò)光耦隔離后，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，從而 輸出端的光敏三極管接收到光偏置，會(huì)使此光敏三極管飽和導(dǎo)通， 那么光耦的上輸出端就會(huì)輸出低電平，從而給DSP的引腳一個(gè)故障 信號(hào)低電平，DSP馬上關(guān)閉PWM波的輸出，保護(hù)了IPM，與此 同時(shí)也會(huì)提出中斷請(qǐng)求。IPM處于正常工作狀態(tài)時(shí)，F(xiàn)O引腳會(huì)呈現(xiàn) 高阻狀態(tài)，光耦的發(fā)光二極管不發(fā)光，輸出端的光敏三極管截止， 光耦的輸出端上端引腳會(huì)因2K歐姆的電阻上拉而輸出5V

7、的高電平， 沒(méi)有故障信號(hào) 初始化 等待捕獲單元的向上過(guò)零中斷 等待AD中斷 FLAG=1 采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波 正弦和余弦值計(jì)算， 進(jìn)行坐標(biāo)變換 電壓調(diào)節(jié) 電壓PI 電流調(diào)節(jié) 電流PI 坐標(biāo)變換得到三相正弦值 SPWM輸出 N Y N Y N Y 主程序流程圖 u三相電壓型 PWM 整流器具有直流電壓恒定 且可以迅速調(diào)節(jié)控制、輸入電流正弦且實(shí)現(xiàn) 單位功率因數(shù)，本文側(cè)重于對(duì)三相電壓型 PWM 整流器工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 主要完成如下工作： 1) 簡(jiǎn)單介紹了 PWM 整流器的拓?fù)?結(jié)構(gòu)，闡述了 PWM 整流器的工作 原理，建立了三相電壓型 PWM 整 流器在靜止坐標(biāo)系( a , b , c )和同步 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系( d , q )下數(shù)學(xué)模型，并 分析了 PWM 整流器幾種常用的控 制策略。 2) 根據(jù)三相電壓型 PWM 整流器的 控制目標(biāo)，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于非線性控 制理論的電壓電流雙環(huán)控制器，在此 基礎(chǔ)上，分析了空間矢量調(diào)制原理， 并介紹了傳統(tǒng) SPWM和S