三相PWM整流器研究

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目pwm整流器的設(shè)計(jì)學(xué)院系：專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師:學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得 的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè) 人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本 人承擔(dān)。作者簽名：年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校 保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文 被查閱和借閱。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部 分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、

2、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和 匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密口，在10年解密后適用本授權(quán)書(shū)2、不保密口。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“p”）作者簽名：年 月 日導(dǎo)師簽名：本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)專業(yè)班級(jí):工作單位學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)(論文)題目：pwm整流器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)(論文)主要內(nèi)容：熟悉整流的原理，對(duì)整流技術(shù)進(jìn)行綜述、比較，并設(shè)計(jì)岀整流器硬件電路和 軟件程序。要求完成的主要任務(wù)：(1) 外文資料翻譯不少于20000印刷符；(2) 查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料(中文15篇，英文3篇);(3) 掌握整流的原理；(4) 撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告；(5) 熟悉整流技術(shù)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、目的意義;(6) 對(duì)整流技術(shù)進(jìn)行

3、綜述、比較；(7) 計(jì)岀整流器硬件電路和軟件程序。；(8) 繪制的電氣圖紙符合國(guó)標(biāo)；(9) 撰寫(xiě)的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)不少于10000漢字。必讀參考書(shū)：1 王兆安，黃俊電力電子技術(shù)第4版.北京：機(jī)械工業(yè)大學(xué)出版社，20072 楊蔭福，段善旭，朝澤云電力電子裝置及系統(tǒng).北京：清華大學(xué)出版社，20063 張崇巍，張興.pwm整流器及其控制.北京：機(jī)械工業(yè)大學(xué)出版社，2003系主任簽名指導(dǎo)教師簽名本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的智能型功率模塊（ipm）開(kāi)創(chuàng)了功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器 件新的發(fā)展方向。功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了電力電子變流裝置 技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以脈寬調(diào)制（pw

4、m）控制為基礎(chǔ)的齊類變流裝置，如變頻 器、逆變電源、高頻開(kāi)關(guān)電源以及各類特種變流器等，這些變流裝置在國(guó)民經(jīng) 濟(jì)各領(lǐng)域中取得了廣泛的應(yīng)用。但是，目前這些變流裝置很大一部分需要整流 環(huán)節(jié)，以獲得直流電壓，由于常規(guī)整流環(huán)節(jié)廣泛采用了二極管不控整流電路或 晶閘管相控整流電路，因而對(duì)電網(wǎng)注入了大量諧波及無(wú)功，造成了嚴(yán)重的電網(wǎng) “污染”。治理這種電網(wǎng)“污染”最根本措施就是，要不變流裝置實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流 正弦化，且運(yùn)行于單位功率因數(shù)。pwm控制技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展為整流器性能的改進(jìn)提供了變革性的思路和手 段，結(jié)合pwm控制技術(shù)的新型整流器成為pwm整流器。根據(jù)能量是否可雙向 流動(dòng)，派牛出兩類不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的pwm整流

5、器，即可逆pwm整流器和不可逆 pwm整流器。能量可雙向流動(dòng)的pwm整流器不僅體現(xiàn)出ac/dc變流特性（整流），而 且述可呈現(xiàn)出dc/ac變流特性（有源逆變），因而確切地說(shuō)，這類pwm整流器 實(shí)際上是一種新型的可逆pwm整流器。經(jīng)過(guò)幾十年的研究與發(fā)展，pwm整流器技術(shù)已日趨成熟。pwm整流器主 電路已從早期的半控型器件橋路發(fā)展到如今的全控型器件橋路；其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已 從單相、三相電路發(fā)展到多相組合及多電平拓?fù)潆娐?；pwm開(kāi)關(guān)控制由單純的 硬開(kāi)關(guān)調(diào)制發(fā)展到軟開(kāi)關(guān)調(diào)制；功率等級(jí)從千瓦級(jí)發(fā)展到兆瓦級(jí)，而在主電路 類型上，既有電壓型整流器（voltage source rectifiervsr）,也有電流

6、型整流 器（current source rectifier一csr）,并且兩者在工業(yè)上均成功地投入了應(yīng)用。 由于pwm整流器實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且運(yùn)行于單位功率因數(shù)，其至能量可 雙向傳輸，因而真正實(shí)現(xiàn)了 “綠色電能變換”。由于pwm整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)出受 控電源特性，因而這一特性使pwm整流器及其控制技術(shù)獲得進(jìn)一步的發(fā)展和拓 寬，并取得了更為廣泛和更為重要的應(yīng)用，如靜止無(wú)功補(bǔ)償（svg）、有源電力 濾波（apf）、統(tǒng)一潮流控制（upfc）、超導(dǎo)儲(chǔ)能（smes）、高壓直流輸電（hvdc）、 電氣傳動(dòng)（ed）、新型ups、通信電源以及太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源的并網(wǎng)發(fā) 電等。將pwm控制技術(shù)應(yīng)用于整

7、流器始于20世紀(jì)70年代末，但由于當(dāng)時(shí)諧波問(wèn) 題不突出，加上受電力電子器件發(fā)展水平的制約，pwm整流器沒(méi)有引起充分的 重視。進(jìn)入80年代后，由于自關(guān)斷器件的h趨成熟及應(yīng)用，推動(dòng)了 pwm技術(shù) 的應(yīng)用與研究o 1982年busse alerfd、holtz joaehim首先提出了基于可關(guān)斷器件 的三相全橋pwm整流辭拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其網(wǎng)側(cè)電流幅相控制策略，并實(shí)現(xiàn)了電流型 pwm整流器網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)正弦波電流控制。1984年從akgai hiorufmi等提 岀了基于pwm整流器結(jié)構(gòu)的無(wú)功補(bǔ)償器裝置，這實(shí)際上就是電壓型pwm整流 器的早期設(shè)計(jì)思想。到20世紀(jì)80年代末，隨aw. green等人提出了

8、基于坐 標(biāo)變換的pwm整流器連續(xù)、離散動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及控制策略，pwm整流器的研 究發(fā)展到了一個(gè)新的高度。進(jìn)入90年代，三相pfc技術(shù)的研究成為電力電子技 術(shù)和電能變換領(lǐng)域中最具重要意義的研究方向之一，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者多年 的研究，pwm整流器在電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)學(xué)模型，控制方法，電網(wǎng)電壓不平衡 等方面取得了豐碩的研究成果。隨著研究的深入，基于pwm整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及 控制的拓展，相關(guān)的應(yīng)用研究也發(fā)展起來(lái)，如有源濾波器、超導(dǎo)儲(chǔ)能、交流傳 動(dòng)、高壓直流輸電以及統(tǒng)一潮流控制等。這些應(yīng)用技術(shù)的研究，促進(jìn)了 pwm變 換器及其控制技術(shù)的進(jìn)步和完善。2、基本內(nèi)容和技術(shù)方案2. 1設(shè)計(jì)任務(wù)1）外文資料翻譯不少

9、于15000印刷符;2）撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告；3）查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料4）設(shè)計(jì)出基于單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；5）完成基于單片機(jī)不間斷電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)；6）繪制的電氣圖紙符合國(guó)標(biāo)；7）撰寫(xiě)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不少于10000漢字；2. 2技術(shù)方案本設(shè)計(jì)為pwm整流器的設(shè)計(jì)。最終是要得到小功率等級(jí)電壓源型雙閉環(huán)控 制系統(tǒng)的pwm整流器。主電路采用的是三相半橋型vsr拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由于電能 的雙向流動(dòng)，當(dāng)pwm整流器從電網(wǎng)吸取電能時(shí)，其運(yùn)行于整流工作狀態(tài)；而當(dāng) pwm整流器向電網(wǎng)傳輸電能時(shí)，其運(yùn)行于有源逆變工作狀態(tài)。為了使電壓型 pwm整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)受控電流源特性，其網(wǎng)側(cè)電流控制策略的研究非常重要。“直接電流控制”策略由于引入

10、交流電流反饋?zhàn)鳛閮?nèi)環(huán)，直流電壓外環(huán)構(gòu)成整 流器控制系統(tǒng)，既可實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)，又可控制直流電壓恒定。本設(shè)計(jì)采用 的就是固定開(kāi)關(guān)頻率且與電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)前饋結(jié)合的spwm控制。其控制系統(tǒng)以 dsp芯片為核心，驅(qū)動(dòng)器件則是以ir2130為主。2. 3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)由軟件和硬件兩部分組成，軟件和硬件都將按照框圖總系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方 法進(jìn)行設(shè)計(jì)。1）硬件部分主要分為兩大部分，即主電路（圖1）和控制電路（圖2）o 而控制電路還可以細(xì)化為：智能功率模塊電路（ipm）、dsp芯片作為控制屯路 的處理器、檢測(cè)電路（主要有網(wǎng)側(cè)三相電壓檢測(cè)，電抗器交流電流檢測(cè)，肓流 側(cè)電容電壓檢測(cè)，a相、b相電網(wǎng)電壓同步信號(hào)檢測(cè)）、驅(qū)動(dòng)電

11、路等。其中dsp 芯片采用tms320lf240, ipm選用三菱公司的ipm50rsa060。2）軟件部分主要通過(guò)系統(tǒng)的流程圖描述來(lái)對(duì)基于f240dsp芯片的vsr 控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，包括了主程序模塊和中斷服務(wù)程序模塊。中斷服務(wù)程序屮主要有以下幾個(gè)模塊構(gòu)成：直流電壓檢測(cè)模塊、交流電壓檢測(cè)模塊、電壓 外環(huán)調(diào)節(jié)器計(jì)算模塊、電流指令計(jì)算模塊、電網(wǎng)頻率檢測(cè)模塊、電流檢測(cè)模塊、 電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器計(jì)算模塊，指針計(jì)算模塊。圖2控制電路框圖2.4本文主要內(nèi)容論文結(jié)合等離子體位移快控電源的設(shè)計(jì)，提出基于電壓源型pwm整流器循環(huán)變 流器拓?fù)涞目刂品桨?，為三相電壓源型pwm整流器建立了開(kāi)關(guān)仿真模型，并利 用此開(kāi)

12、關(guān)仿真模型進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，進(jìn)而以ti公司的處理器芯片dsp240為核心 設(shè)計(jì)控制器，分別對(duì)系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了小功率等級(jí)電壓 源型pwm整流器的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。最后簡(jiǎn)單做出了一些結(jié)論。2.5技術(shù)路線1）收集資料并進(jìn)行歸納、分析；2）電路連接及分析；3）進(jìn)行系統(tǒng)集成；4）軟件、硬件設(shè)計(jì)。2.7設(shè)計(jì)的技術(shù)難點(diǎn)1）主電路的設(shè)計(jì)；2）控制系統(tǒng)的確定；3）dsp芯片的應(yīng)用，包括硬件與軟件兩個(gè)方面。3、設(shè)計(jì)的進(jìn)度安排第1周：英文翻譯第3周：畢業(yè)實(shí)習(xí)第4周：查閱文獻(xiàn)資料第5周：開(kāi)題報(bào)告第6周：系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)第7周：硬件屯路設(shè)計(jì)第10周：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第11周：撰寫(xiě)論文第13周：論文修改第14周：

13、論文定稿第15周：上交畢業(yè)論文，答辯準(zhǔn)備第15周：答辯4、指導(dǎo)教師意見(jiàn)指導(dǎo)教師簽名：年 月 日目錄摘要iabstract ii緒論11三相電壓源型pwm整流器工作原理及數(shù)學(xué)模型21. 1 pwm整流器工作原理 21. 1. 1 pwm整流電路基本特性 21. 1. 2 pwm整流電路工作原理 21. 2 pwm整流電路基本特性 52三相vsr控制策略及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)72. 1 vsr的電流控制方法 72. 1. 1間接屯流控制和直接電流控制的比較 72. 1. 2三相vsr在dq坐標(biāo)系下的直接電流控制 82.2三相vsr控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 92.2. 1電流內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2.2

14、.2電壓外環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 112. 3三相vsr的仿真123硬件設(shè)計(jì)173. 1主電路的設(shè)計(jì)173. 1. 1主功率開(kāi)關(guān)器件的選擇 173. 1.2交流側(cè)電感的設(shè)計(jì) 183. 1. 3直流側(cè)電容的設(shè)計(jì) 193.2基于dsp的控制電路硬件設(shè)計(jì) 203. 2. 1 tms320f2407 芯片的介紹 203. 2. 2 igbt驅(qū)動(dòng)電路錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。3.2.3信號(hào)檢測(cè)電路 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。4軟件設(shè)計(jì)254. 1主程序設(shè)計(jì)254.2屮斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)254. 3直流側(cè)電壓檢測(cè)模塊254.4交流側(cè)電壓檢測(cè)模塊284.5電流指令計(jì)算模塊284.6網(wǎng)測(cè)電流檢測(cè)模塊29結(jié)束語(yǔ)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。致謝25參

15、考文獻(xiàn)33附錄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。摘要隨著綠色能源技術(shù)的快速發(fā)展，pwm整流器技術(shù)己成為電力電子技術(shù)研究的熱 點(diǎn)和亮點(diǎn)。puw整流器可成為用電設(shè)備或電網(wǎng)與其它電氣設(shè)備的理想接口，因?yàn)樗?可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化和功率因數(shù)可調(diào)整。本文介紹一種基于tms320f2407dsp芯片控制的三相電壓型pwm整流器的控制 系統(tǒng)，完成了從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件、軟件到控制策略等方而的設(shè)計(jì)。本文首先分析了 pwm整流器的基本原理，然后根據(jù)三相電壓源型pwm整流器各 相電壓電流之間的關(guān)系和橋路的工作狀態(tài)建立了它的數(shù)學(xué)模型，給出系統(tǒng)在三相 abc坐標(biāo)系和兩相dq坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，利用電流反饋解耦控制，以及系統(tǒng)的基

16、 本控制框圖。并設(shè)計(jì)了電壓環(huán)和電流環(huán)數(shù)字化pi調(diào)節(jié)器，結(jié)合理論分析和實(shí)際對(duì) 其參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化整定。然后在mat lab的集成仿真環(huán)境simulink下搭建了仿真模 型，通過(guò)仿真，驗(yàn)證了理論的可行性。根據(jù)以上控制思想，設(shè)計(jì)了以數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)tms320f240為核心的數(shù)字 化的三相電壓型pwm整流器的硬件和軟件。論文最后對(duì)全文所作的工作進(jìn)行了總結(jié)，并指出了未來(lái)的研究方向。關(guān)鍵詞：三相電壓型pwm整流器數(shù)學(xué)模型dsp matlababstractwith the fast developing technology of green energy, an ever-enhanced at

17、tention has been focused to the pwm rectifier in the field of power electronics- pwm rectifier might become an ideal electric appliance or a linkage between grid-line and other electric facilities, characterized of nearly sinusoidal current and adjustable power factor.this dissertation is devoted to

18、 the theory and application of three-phased voltagc-sourccd pwm rectifier， which is controlled by the dsp chip tms320f2407,and the design of the system structure, the hardware and the software is discussed.this paper analyses the basic principe of the pwm rectifier. based on the relations between th

19、e voltages and currents in accordance with the states of the rectifier topology, the switching function model was first established. it presents mathematical model for the system both in abc coordinate and d/q coordinate. and then it also analyses the decoupling control of voltage feed-forward and c

20、urrent feedback of system in d/q coordinate. based of the theory mentioned above, control block diagram of system is deducted. also designs the current loop and voltage loop digital pi regulators, adjusts the parameters based on theoretical analysis and practical test. the theory is feasible through

21、 simulation with software matlab.based a control scheme above, it introduces the design of hardware and software for fully digital three-phased voltage-sourced pwm rectifier based on the dsp chip tms320f2407.eventually,the conclusion of the research work in this dissertation is made and the future r

22、esearch directions ale also given out.keywords: three-phased voltage-sourced pwm rectifier mathematical modeldspmatlab緒論隨著屯力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子變流技術(shù)也得以迅速發(fā)展，出現(xiàn)了以脈 寬調(diào)制（pwm）控制為基礎(chǔ)的各類變流裝置，如變頻器、逆變電源、高頻開(kāi)關(guān)電源以 及各類特種變流器，這些變流裝置在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中取得了廣泛的應(yīng)用。但是， 目前這些變流裝置很大一部分需要整流環(huán)節(jié)，以獲得直流電壓，由于常規(guī)整流環(huán) 節(jié)廣泛采用了二極管不控整流電路或晶閘管相控整流電路，因而對(duì)電網(wǎng)注入了

23、大 量諧波及無(wú)功，造成了嚴(yán)重的電網(wǎng)“污染”。治理這種電網(wǎng)“污染”最根本措施就 是要求交流裝置實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且運(yùn)行于單位功率因數(shù)。因此，作為電網(wǎng) 主要“污染”源的整流器，首先受到了學(xué)術(shù)界的關(guān)注，并展開(kāi)了大量的研究工作。 其主要思路是將pwm技術(shù)引入整流器的控制中，使整流器網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且可 運(yùn)行于單位功率因數(shù)。經(jīng)過(guò)多年的研究和發(fā)展，pwm整流器的主電路己從早期的半控型器件橋路發(fā)展 到如今的全控型器件橋路；其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已從單相、三相電路發(fā)展到多相組合及多 電平拓?fù)潆娐罚籶wm開(kāi)關(guān)控制由單純的硬開(kāi)關(guān)調(diào)制發(fā)展到軟開(kāi)關(guān)調(diào)制；控制策略從 間接電流控制發(fā)展到了直接電流控制；而主電路類型上，既有電壓型整

24、流器，也 有電流型整流器。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，pwm整流器的研究主要集屮在以下幾個(gè)方面：pwm整 流器的建模與分析；電壓型pwm整流器的電流控制；主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究；系統(tǒng) 控制策略研究；電流型pwm整流器研究。由于pwm整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)出受控電流源 特性，因而這一特性使得pwm整流器及其控制技術(shù)獲得進(jìn)一步的發(fā)展和拓寬，并 取得了更為廣泛和更為重要的應(yīng)用，如靜止無(wú)功補(bǔ)償、有源電力濾波、統(tǒng)一潮流 控制、超導(dǎo)儲(chǔ)能、高壓直流輸電、電氣傳動(dòng)、新型ups以及太陽(yáng)能、風(fēng)能等再生 能源的并網(wǎng)發(fā)電等。木課題的研究對(duì)象是三相電壓型pwm整流器及其控制策略。第一章分析了 pwm 整流器的基本原理，并且討論了三相電

25、壓型pwm整流器的數(shù)學(xué)模型，包括在abc 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型和在dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。第二章討論了三相電 壓型pwm整流器的控制策略，在其雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立電路，并作了仿 真。第三章著重于系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括主電路的設(shè)計(jì)和基于dsp芯片 tms320lf2407的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。第四章通過(guò)程序流程圖的方式，對(duì)系統(tǒng)的軟 件設(shè)計(jì)做了詳細(xì)分析。1三相電壓源型pwm整流器工作原理及數(shù)學(xué)模型1.1 pwm整流器原理1.1. 1 pwm整流電路基本特性pwm整流器與以往的整流器相比，具有以下的優(yōu)良性能：（1）網(wǎng)側(cè)電流為正弦 波；（2）網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可控制（如單位功率因數(shù)控制）；（3）電能

26、雙向傳輸：（4）較快 的動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)。由于pwm整流器電能可雙向傳輸，當(dāng)pwm整流器從電網(wǎng)吸收屯能 吋，其運(yùn)行于整流工作狀態(tài)；而當(dāng)pwm整流器向電網(wǎng)傳輸電能吋，其運(yùn)行于有源逆 變狀態(tài)。所謂單位功率因數(shù)是指：當(dāng)pwm運(yùn)行于整流狀態(tài)時(shí)，網(wǎng)側(cè)電壓、電流同相 位（止阻特性）；當(dāng)pwm運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)時(shí)，其網(wǎng)側(cè)電壓、電流反相位（負(fù)阻特 性）。進(jìn)一步研究表明，由于pwm整流器其網(wǎng)側(cè)電流及功率因數(shù)均可控制，因而可 被推廣應(yīng)用于有源電力濾波及無(wú)功補(bǔ)償?shù)绕渌恍┓钦髌鲬?yīng)用場(chǎng)合。由此可見(jiàn), pu5整流器實(shí)際上是一個(gè)其交、直流側(cè)可控，可以在四象限運(yùn)行的變流裝置。圖1-1 為pwm整流器模型電路，該電路由交流回路

27、、功率開(kāi)關(guān)橋路以及直流回路組成。其 中交流冋路包括交流電動(dòng)勢(shì)w以及網(wǎng)側(cè)電感厶等，直流冋路包括負(fù)載電阻他及負(fù)載 電動(dòng)勢(shì)丘等；功率開(kāi)關(guān)管整流電路可由電壓型或電流型整流電路組成。圖1-1 1呱1整流器模型電路圖當(dāng)不計(jì)功率管損耗時(shí)，由交、直流側(cè)功率平衡關(guān)系得：= dcdc（1-1）式中：i、v 模型電路交流側(cè)電流、電壓；idc. vdc模型電路直流側(cè)電流、電壓。由上式不難理解：通過(guò)對(duì)模型電路交流側(cè)的控制，就可以控制其直流側(cè)，反之亦 然。以下從模型電路交流側(cè)入手，來(lái)分析pwm整流器的運(yùn)行狀態(tài)和控制原理。1.1.2 pwm整流電路工作原理將普通整流電路中的二極管或晶閘管換成igbt或mosfet等自關(guān)斷器

28、件，并將 spwm技術(shù)應(yīng)用于整流電路，這就形成了 pwm整流電路。通過(guò)對(duì)pwm整流電路的適當(dāng) 控制，不僅可以使輸入電流非常接近正弦波，而口還可以使輸入電流和電壓同相 位，功率pwm整流電路由于需要較大的直流儲(chǔ)能電感以及交流側(cè)lc濾波環(huán)節(jié)所導(dǎo)致 的電流畸變、振蕩等問(wèn)題，使其結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜化，從而制約了它的應(yīng)用和研究。 相比之下，電壓型pwm整流電路以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較低的損耗等優(yōu)點(diǎn)，電壓型pwm整 流電路的成功應(yīng)用更現(xiàn)實(shí)鴨故選擇電壓型pwm整流電路進(jìn)行研究。下面分別介紹單 相和三相pwm整流電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理。圖1-2為單相全橋pwm整流電路，交流側(cè)電感&包含外接電抗器的電感和交流 電

29、源內(nèi)部電感，是電路正常工作所必需的。電阻心包含外接電抗器的電阻和交流 電源內(nèi)部電阻。同spwm逆變電路控制輸出電壓相類似，可在pwm整流電路的交流輸 入端ab產(chǎn)生一個(gè)正弦調(diào)制pwm波心，比刖中除含有和開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)的高次諧波外， 不含低次諧波成分。由于電感厶的濾波作用，這些高次諧波電壓只會(huì)使交流電流 產(chǎn)牛很小的脈動(dòng)。如果忽略這種脈動(dòng)，當(dāng)正弦信號(hào)波的頻率和電源頻率相同時(shí)，必 為頻率與電源頻率相同的正弦波。is is rs圖1-3單相pwm整流電路等效電路pwm整流電路的單相等效電路如圖1-3所示，其中以為交流電源電壓。當(dāng)冷一 定時(shí)，的幅值和相位由u朋中基波分量的幅值及其與冷的相位差決定。改變心中

30、基波分量的幅值和相位，就可以使必與冷同相位。圖1-4給出了單相pwm整流電路的 相量圖，其屮以s表示電網(wǎng)電壓，u初表示pwm整流電路輸出的交流電壓，匕為連 接電抗器&的電壓，匕為電網(wǎng)內(nèi)阻尺的電壓；在圖1-4a）中，ua 滯后/的相角 為0, i占u,的相位完全相同，電路工作在整路流狀態(tài)，且功率因數(shù)為1。在圖1-4b）中，（/初超前/的相角為0,人與/的相位相反，電路工作在逆變狀態(tài)。這說(shuō)明pu5整流電路可以實(shí)現(xiàn)能量正反兩個(gè)方向的流動(dòng)，既可以運(yùn)行在整流狀態(tài)，從交流 側(cè)向直流側(cè)輸送能量；也可以運(yùn)行在逆變狀態(tài)，從直流側(cè)向交流側(cè)輸送能量。而 且這兩種方式都可在單位功率因數(shù)下運(yùn)行。圖1-4 pwm

31、整流電路兩種運(yùn)行方式向量圖a）整流運(yùn)行b）逆變運(yùn)行三相pwm整流電路主要結(jié)構(gòu)如圖1-5所示，其工作原理和單相pwm整流電路類似。通過(guò)對(duì)電路進(jìn)行spwm控制，就可以在橋的交流輸入端abc產(chǎn)生一個(gè)正弦調(diào)制pwm 波ua , uc o,對(duì)各相電壓按圖1-4&）的向量圖進(jìn)行控制，就可使各相電流a ,l，b為正弦波且和電壓相位相同，功率因數(shù)為1。1.2三相電壓型pwm整流器數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)模型是分析和設(shè)計(jì)三相電壓型整流器的基礎(chǔ)，從不同角度出發(fā)可以建立 不同形式的系統(tǒng)模型，而且不同模型往往適合的控制方法也不盡相同。1）在abc坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型：所謂三相電壓型整流器（vsr）在abc坐標(biāo)系 下的一般模

32、型是根據(jù)三相vsr拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在三相abc靜止坐標(biāo)系中，利用電路基本 定律對(duì)其建立的一般數(shù)學(xué)描述。針對(duì)三相vsr般數(shù)學(xué)模型的建立，通常作以下假設(shè)：（1）電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)韋三相平穩(wěn)的純正弦波電動(dòng)勢(shì)；（2）網(wǎng)側(cè)濾波電感l(wèi)是線性的，而且不考慮飽和；（3）開(kāi)關(guān)器件為理想開(kāi)關(guān)，沒(méi)有過(guò)渡過(guò)程，其通斷狀態(tài)由開(kāi)關(guān)函數(shù)描述；（4）開(kāi)關(guān)頻率遠(yuǎn)大于電網(wǎng)頻率。定義單極性二值邏輯開(kāi)關(guān)函數(shù)為:(1-2)(1.2)1上橋臂導(dǎo)通，下橋臂關(guān)斷0上橋臂關(guān)斷，下橋臂導(dǎo)通 '工利用開(kāi)關(guān)函數(shù)模型得到三相vsr在abc坐標(biāo)系下的一般數(shù)學(xué)模型為l+ rib = eh -(vdcsh -r 工)at3 k=gb,cl 牛+心=耳-(

33、7;_¥ z) c 警1 = iasa + hsb + lcse -匚 at2）在dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型：雖然vsr在abc坐標(biāo)系下一般數(shù)學(xué)模型具有 物理意義清晰、直觀等特點(diǎn)，但是在這種模型中，vsr交流側(cè)均具有一定頻率、幅 值和相角的正弦時(shí)變交流量。一般的vsr采用電壓電流雙閉環(huán)控制，當(dāng)電流內(nèi)環(huán)采 用pi調(diào)節(jié)器時(shí)，三相靜止坐標(biāo)系中的pi調(diào)節(jié)器無(wú)法實(shí)現(xiàn)電流無(wú)靜差控制。通過(guò)坐 標(biāo)變換將三相abc靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系。通過(guò)這 樣的變換，靜止坐標(biāo)系中的基波正弦量將轉(zhuǎn)化成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流量，對(duì) 直流給定pi調(diào)節(jié)器則可以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差控制，從而提高穩(wěn)態(tài)電流控制精

34、度。而且旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中存在有功電流和無(wú)功電流的解耦，有利于實(shí)現(xiàn)vsr的控制。三相vsr在兩相dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為l 葺- ®liq + rid = ed - vdcsd di0-4)厶才 + eg + 嘰=eq - vdesd2三相vsr控制策略及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2. 1 vsr的電流控制方法vsr的工作原理分析表明，當(dāng)其正常工作時(shí)，能在穩(wěn)定直流側(cè)電壓的同時(shí)，實(shí) 現(xiàn)網(wǎng)側(cè)正弦波形電流控制。另一方面，當(dāng)vsr應(yīng)用于注入有源電力濾波器等領(lǐng)域時(shí), 其網(wǎng)測(cè)電流的控制性能決定了系統(tǒng)性能指標(biāo)的優(yōu)劣。因此，vsr的電流控制策略是 十分重要的。2. 1. 1間接電流控制和直接電流控制的比較為了

35、使pwm整流電路在工作時(shí)功率因數(shù)近似為1,即要求輸入電流為正弦波且 和電源電壓同相位，可以有多種控制方法，根據(jù)有沒(méi)有引入電流反饋可以將這些 控制方法分為兩種，沒(méi)有引入交流電流反饋的稱為間接電流控制，引入交流電流 反饋的稱為直接電流控制。間接電流控制也稱為相位和幅值控制，其實(shí)質(zhì)是，通過(guò)pwm控制，在vsr橋路 交流側(cè)生成幅值、相位受控的正弦pwm電壓。該pwm電壓與電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)共同作用于 vsr交流側(cè)，并在vsr交流側(cè)形成正弦基波電流，而諧波電流則由vsr交流側(cè)電感濾 除。由于這種vsr電流控制方案通過(guò)直接控制vsr交流側(cè)電壓進(jìn)而達(dá)到控制vsr交流 側(cè)電流的目的，因而是一種間接電流控制方式。這種間

36、接電流控制由于無(wú)需設(shè)置 交流電流傳感器以構(gòu)成電流閉環(huán)控制，因而是一種usr簡(jiǎn)單控制方案。間接電流控 制的優(yōu)點(diǎn)在于控制簡(jiǎn)單，一般無(wú)需電流反饋控制。另外，間接電流控制還可分為 穩(wěn)態(tài)間接電流控制和動(dòng)態(tài)間接電流控制。間接電流控制的主要問(wèn)題在于，vsr電流 動(dòng)態(tài)響應(yīng)不夠快，甚至交流側(cè)電流中含有直流分量，且對(duì)系統(tǒng)參數(shù)波動(dòng)較敏感， 因而常適合于對(duì)vsr動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求不高且控制結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合。相對(duì)于間接電流控制，直接電流控制以快速電流反饋控制為特征。在這種控 制方法屮，通過(guò)運(yùn)算求出交流輸入電流指令值，再引入交流電流反饋，通過(guò)對(duì)交 流電流的直接控制而使其跟蹤指令電流值。這種直接電流控制與間接電流控制在 結(jié)

37、構(gòu)上的主要差別在于：前者具有網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制，而后者則無(wú)網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán) 控制。由于采用網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制，使vsr網(wǎng)側(cè)電流動(dòng)、靜態(tài)性能得到了提高，同 時(shí)也使網(wǎng)側(cè)電流控制對(duì)系統(tǒng)參數(shù)不敏感，從而增強(qiáng)了電流控制系統(tǒng)的魯棒性。直 接電流控制可以獲得較高品質(zhì)的屯流響應(yīng)，但控制結(jié)構(gòu)和算法較間接電流控制復(fù) 雜。直接電流控制中有不同的電流跟蹤控制方法，常用的有：固定開(kāi)關(guān)頻率pwm電 流控制、滯環(huán)pwm電流控制、空間矢量pwm電流控制等，這些電流控制方案各有其 優(yōu)缺點(diǎn)。本文主要研究基于（d, q）坐標(biāo)系的固定開(kāi)關(guān)頻率pwm電流控制策略：1）固定開(kāi)關(guān)頻率pwm電流控制算法簡(jiǎn)單，物理意義清晰。且實(shí)現(xiàn)較方便。2）由于開(kāi)關(guān)

38、頻率固定，因而網(wǎng)側(cè)變壓器及濾波電感設(shè)計(jì)較容易，并且有利于 限制功率開(kāi)關(guān)損耗。3）兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d, q）屮的指令屯流為直流時(shí)不變信號(hào)。4）在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d, q）中，電流控制方案易于有功和無(wú)功電流的 解耦控制。2.1.2三相vsr在dq坐標(biāo)系下的直接電流控制對(duì)于dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，不考慮前饋解耦時(shí)的三相vsr固定開(kāi)關(guān)頻率pwm電流 控制原理如圖2-1所示。l圖2-1 dq坐標(biāo)系下三相vsr直接電流控制原理圖顯然，電流指令石來(lái)自電壓外環(huán)pi調(diào)節(jié)器輸出，而且表示三相電流的有共分兩；而 電流指令i;則表示三相電流的無(wú)功分量，且可以獨(dú)立給定，若是要求單位功率因數(shù) 運(yùn)行，則可以將其給定設(shè)為

39、0。在dq同步坐標(biāo)系中，指令電流是直流信號(hào)；其電流 內(nèi)環(huán)pi調(diào)節(jié)器可以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差控制，穩(wěn)態(tài)性能好；在兩相dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中， 易于有功電流和無(wú)功電流的獨(dú)立控制，也即解耦控制。2.2三相vsr控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在三相vsr控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般采用雙環(huán)控制，即電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)。電 壓外環(huán)作用主要是控制三相vsr直流側(cè)電壓，而電流內(nèi)環(huán)作用主要是按電壓外環(huán)輸 岀的電流指令進(jìn)行電流控制。2.2.1電流內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1）電流內(nèi)環(huán)的簡(jiǎn)化r di/ .由前面敘述可以知道，三相vsr的dq模型可以描述為(2-1)式中，ed > eq電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量edq的d、g分量；耳、v.三相vsr交流側(cè)電壓矢量匕血的

40、、g分量；-、iq三相vsr交流側(cè)電流矢量的幾的、q分量。從三相vsr的dq模型方程式（2-1）可以看出。由于vsr的d、q軸變量相互耦合, 因此給控制器的設(shè)計(jì)造成一定困難。為此，可以采用前饋解耦控制策略。當(dāng)電流 調(diào)節(jié)器采用pi調(diào)節(jié)器時(shí)，則匕八比的控制方程如下：(2-3)(2-2)vd = _(k,p + )(c _(/) + ®liq + ed式中，kq ku一一電流內(nèi)環(huán)比例調(diào)節(jié)增益和積分調(diào)節(jié)增益;i；、ciq和h的電流指令值。由此可以畫(huà)岀電流內(nèi)環(huán)的解耦控制結(jié)構(gòu)，如圖2-2。eq+ed圖2-2三相vsr電流內(nèi)壞解耦控制結(jié)構(gòu)2）電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)由于兩電流內(nèi)環(huán)的對(duì)稱性，因而下而以控制為例

41、討論電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)。考 慮電流內(nèi)環(huán)采樣信號(hào)的延遲和pwm控制的小慣性特性，已經(jīng)解耦的電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)如 圖2-3所示。圖2-3電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖2-3中，7；為電流內(nèi)環(huán)電流采樣周期，kp網(wǎng)為橋路pwm等效增益。 析，且將pi調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)寫(xiě)成零極點(diǎn)形式，即k沁心詁卩寧，k訂st：s為簡(jiǎn)化分(2-4)十圖2-4無(wú)擾動(dòng)且忽略r時(shí)的近似電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)將小時(shí)間常數(shù)人/2、7；合并，得到簡(jiǎn)化的電流環(huán)結(jié)構(gòu)。如圖2-4所示。由此可以按照典型ii型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，從圖2-4得到電流內(nèi)環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞 函數(shù)為pwmtjs +1(1.57> + 1)(2-5)為了盡量提高電流響應(yīng)的快速性，對(duì)典型ii型系統(tǒng)而言，可設(shè)

42、計(jì)適當(dāng)?shù)闹蓄l寬 也,工程上常取也=5八5乙=5。按照典型i型系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)關(guān)系有(2 - 6)kjpkpwm 二勺 +1tjl2r；解得k©+1)厶56l15tskpwm6l(2-7)"112.57；2.2.2電壓外環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)三相vsr的電壓環(huán)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。+圖2-5三相vsr電壓壞簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)由于電壓外環(huán)的主要控制作用是穩(wěn)定三相vsr直流電壓，故其控制系統(tǒng)整定 時(shí)，應(yīng)著重考慮電壓環(huán)的抗擾性能。ii型系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)恒值給定可以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差跟 蹤，顯然，同樣可按典型ii型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電壓調(diào)節(jié)器，由圖2-5得屯壓環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函 數(shù)為(2-8)0.75位(7> + 1) 川

43、07>譏$ + 1)(2-9)由此，得電壓環(huán)中頻寬九為tev由典型i【型系統(tǒng)控制器參數(shù)整定關(guān)系，得(2-10)0.75&,二代,+ 1ct "2/ix綜合考慮電壓環(huán)控制系統(tǒng)的抗擾性和跟隨性，取hv=tv/tev=5,計(jì)算出電壓環(huán) pi調(diào)節(jié)器參數(shù)為(2-11)7； =5： =5(匚+37；)< =竺=4cv 5©,5億+37；)2.3三相vsr的仿真基于前述分析在s1mu11nk7. 0軟件中，對(duì)三相vsr的pwm整流器建立仿真電路, 如圖2-6所示。powergui380v10mva>om15kw圖2-6三相vsr主電路模塊結(jié)構(gòu)其中，控制模塊里封裝

44、著dq與abc之間坐標(biāo)變換電路、電壓電流雙閉環(huán)電路、 pwm牛成電路等。圖2-8 abc-dq變換電路模塊圖2-9電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)圖2-10電壓外環(huán)結(jié)構(gòu)按照前述計(jì)算給予電路相應(yīng)的參數(shù)，給定直流側(cè)電壓為750v,仿真時(shí)間為0. iso得到仿真波形圖如下。圖2-11網(wǎng)側(cè)電壓波形圖2-12網(wǎng)測(cè)電流波形圖2-13直流側(cè)電壓波形根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，輸入電流和輸入電壓相位差不大，能達(dá)到較高的功 率因數(shù)。從電流波形看。其動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程比較快，能夠迅速跟蹤網(wǎng)側(cè)電壓。直流 側(cè)輸出平均電壓為750v,與給定保持一致。3硬件設(shè)計(jì)三相電壓型pwm整流器的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示?？刂葡到y(tǒng)檢測(cè)三相交流側(cè)電 源信號(hào)和直流側(cè)電壓

45、信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成dsp的a/d接口接受 范圍內(nèi)的模擬信號(hào)，dsp完成輸入電壓信號(hào)的a/d轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)變換、pi調(diào)節(jié)、spwm 調(diào)制等控制任務(wù),dsp輸出的spwm信號(hào)經(jīng)過(guò)ipm驅(qū)動(dòng)電路后送至ipmo圖3-1三相電壓型pwm整流電路整體硬件圖3. 1主電路的設(shè)計(jì)3.1.1主功率開(kāi)關(guān)器件的選擇在大功率電力電子器件的應(yīng)用中，igbt已取代gtr或者m0sfet成為應(yīng)用的主 流。igbt的優(yōu)點(diǎn)在于輸入阻抗高、開(kāi)關(guān)損耗小、飽和壓降低、開(kāi)關(guān)速度快、熱穩(wěn) 定性能好、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等。目前，由igbt單元構(gòu)成的功率模塊在智能化方面得 到迅速發(fā)展，智能功率模塊1pm (intelligent p

46、ower module)不僅包括基本組合 單元和驅(qū)動(dòng)電路，還具有保護(hù)盒報(bào)警功能，以其完善的功能和較高的可靠性為我 們創(chuàng)造了很好的應(yīng)用條件，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的三相電壓型pwm整流器功率為15kw,三相交流輸入電壓相電壓有 效值為220v,主功率開(kāi)關(guān)器件采用ipm來(lái)實(shí)現(xiàn)。假設(shè)效率為90%,則每相輸入額 定電流有效值為15000220x3x90%= 25.25a(3-1)則網(wǎng)側(cè)電流峰值為lnm =25.25x0 = 35.71/1（3 - 2）考慮2倍安全系數(shù)，取ipm的電流額定為looao 最大反向電壓t/加為5腫 2"（3-3）在式（3-3）屮，匕是電源線電壓的振幅值，當(dāng)電源相

47、電壓為220v時(shí)% =2xv2xv3x220 = 1077.58v（3-4）選/騒=1200v o綜合以上分析，選取額定電壓為1200v,額定電流為100a的igbt模塊。3. 1. 2交流側(cè)電感的設(shè)計(jì)下面從穩(wěn)態(tài)條件下滿足功率指標(biāo)要求和電流波形品質(zhì)指標(biāo)兩方面討論交流側(cè) 電感的設(shè)計(jì)。1）滿足功率指標(biāo)要求的電感設(shè)計(jì)當(dāng)三相電壓型pwm整流器在最大功率輸出運(yùn)行吋，交流側(cè)電壓矢量與電網(wǎng)電 動(dòng)勢(shì)矢量相位差兀/6,此時(shí)，交流側(cè)電感上的電壓值為(3-5)則流經(jīng)屯感的電流值為a)l2exsin-12a)l(3-6)則每相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)發(fā)出或者吸收的有功功率為71(3 - 7)p = exl. xcosl 12e22

48、a)l將式（3-6）帶入（3-7）得(3-8)則三相電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)發(fā)出或者吸收的有功功率為木文設(shè)計(jì)的三相電壓型pwm整流器功率為15kw,為了滿足功率指標(biāo)要求，有3e22(ol>15000(3-9)d式（3- 9）得(3-10)l<30000x69將e = 220v > 0 = 100龍代入式（3-10）計(jì)算得l<15.41mh（3-11）2）滿足瞬態(tài)屯流跟蹤指標(biāo)時(shí)的電感設(shè)計(jì)除了考慮功率指標(biāo)外，電感設(shè)計(jì)還需要考慮滿足瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)的要求， 既要抑制紋波電流，也要快速跟蹤電流。為了抑制諧波電流較大的脈動(dòng)，此時(shí)電 感應(yīng)足夠大，以滿足抑制諧波電流要求；另一方面，當(dāng)電流過(guò)零時(shí)，其

49、變化率最 大，此時(shí)電感足夠小，以滿足快速跟蹤電流的要求。由于此原理較為復(fù)雜，再次 不再贅述。查閱相關(guān)資料得到滿足瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)時(shí)的電感取值范圍為也厶n丄厶（3_12）31 ”3 6a/max式（3-12）中，t,為pwm開(kāi)關(guān)周期，耳喚為最大允許諧波電流脈動(dòng)量。欲使上式成 立，需要滿足(3 13)綜上所述，根據(jù)大致計(jì)算，不妨設(shè)l = l0mho3. 1. 3直流側(cè)電容的設(shè)計(jì)電壓型pwm整流器直流側(cè)電容主要有以下作用：1）緩沖vsr交流側(cè)與直流側(cè)的無(wú)功能量交換；2）抑制直流側(cè)電壓紋波；3）當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，支撐直流側(cè)電壓，限定直流電壓的波動(dòng)。一般而言，從滿足電壓環(huán)控制的跟隨性指標(biāo)看，vsr直流側(cè)

50、電容應(yīng)盡量小，以 確保vsr直流側(cè)電壓的快速跟蹤控制；而從滿足電壓環(huán)控制的抗擾性指標(biāo)分析， vsr直流側(cè)電容應(yīng)盡量大，以限制負(fù)載擾動(dòng)吋的直流電壓動(dòng)態(tài)降落。但是，當(dāng)滿足 直流電壓跟隨性能指標(biāo)時(shí)通常不滿足直流電壓抗擾性能指標(biāo)，反之亦然。這就要 求在三相vsr電容參數(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際需要，綜合考慮直流電壓跟隨 性和抗擾性性能指標(biāo)，并遵循以下一些準(zhǔn)則：1）直流側(cè)電容的選取應(yīng)使直流電壓保持穩(wěn)定，峰.峰波動(dòng)值不超過(guò)允許值；2）所選擇的電容器的參數(shù)不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3）負(fù)載變化的暫態(tài)過(guò)程中應(yīng)能盡量減小電壓調(diào)節(jié)的超調(diào)量和過(guò)渡時(shí)間；4）中間回路的損耗應(yīng)保持最小。對(duì)于參數(shù)計(jì)算，此處不作多的敘述，取

51、電容c = 6mf即可。3.2基于dsp的控制電路硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制主電路采用tms320lf2407a為核心處理器，再加外圍器件組成。dsp 用來(lái)完成輸入電壓，輸入電流和輸岀電壓的采集，三相abc坐標(biāo)系到dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 的轉(zhuǎn)換，spwm算法的實(shí)現(xiàn)，生成pwm控制波等作用。外圍器件包括兩個(gè)外部可讀寫(xiě) 存儲(chǔ)器is61l、，6416,負(fù)責(zé)存儲(chǔ)輸入/輸出電流及電壓的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：dsp供電 電壓的轉(zhuǎn)換，負(fù)責(zé)將外圍集成供電的5v電壓轉(zhuǎn)換為dsp的3. 3v供電電壓；dsp仿真 器接口 jtag；與計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行通信的max232o3. 2. 1 tms320f2407芯片的介紹選擇定點(diǎn)dsp芯片tms3

52、20f2407作為控制電路的處理器，主要是由其專門應(yīng)用 于控制的硬件結(jié)構(gòu)和外設(shè)資源決定的。tms320系列dsp芯片的基木結(jié)構(gòu)包括：1）哈佛結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)是不同于傳統(tǒng)的馮諾曼結(jié)構(gòu)的并行體系結(jié)構(gòu)，其主 要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是 兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問(wèn)。與兩個(gè)存儲(chǔ)器相對(duì)應(yīng) 的是系統(tǒng)中設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線兩條總線，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一 倍。而馮諾曼結(jié)構(gòu)則是將指令、數(shù)據(jù)、地址存儲(chǔ)在同一存儲(chǔ)器中，統(tǒng)一編址， 依靠指令計(jì)數(shù)器提供的地址來(lái)區(qū)分是指令、數(shù)據(jù)還是地址。取指令和取數(shù)據(jù)都訪 問(wèn)同一存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)吞吐率低。2）流水線操作

53、：與哈佛結(jié)構(gòu)相關(guān)，dsp芯片廣泛采用流水線以減少指令執(zhí)行時(shí) 間，從而增強(qiáng)了處理器的處理能力。tms320系列處理器的流水線深度。在三級(jí)流 水線操作中，取指、譯碼和執(zhí)行操作可以獨(dú)立地處理，這可使指令執(zhí)行能完全重 疊。在每個(gè)指令周期內(nèi)，三個(gè)不同的指令處于激活狀態(tài)，每個(gè)指令處于不同的階 段。例如，在第n個(gè)指令取指時(shí)，前一個(gè)指令即第n1個(gè)指令正在譯碼，而第n 2 個(gè)指令則正在執(zhí)行。一般來(lái)說(shuō)，流水線對(duì)用戶是透明的。3）專用的硬件乘法器：在一般形式的fir濾波器中，乘法是dsp的重要組成部 分。對(duì)每個(gè)濾波器抽頭，必須做一次乘法和一次加法。乘法速度越快，dsp處理器 的性能就越高。在通用的微處理器中，乘法指

54、令是由一系列加法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。故需 許多個(gè)指令周期來(lái)完成。相比而言，dsp芯片的特征就是有一個(gè)專用的硬件乘法器。 在tms320系列屮，由于具有專用的硬件乘法器，乘法可在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。4）特殊的dsp指令：dsp芯片的另一個(gè)特征是采用特殊的指令。例如：dmov就 是一個(gè)特殊的dsp指令，它完成數(shù)據(jù)移位功能。在數(shù)字信號(hào)處理中，延遲操作非常 重要，這個(gè)延遲就是由dmov來(lái)實(shí)現(xiàn)的。5) 快速的指令周期：哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的dsp 指令再加上集成電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可使dsp芯片的指令周期在200ns以下。tms320 系列處理器的指令周期己經(jīng)從第一代的200ns降低至現(xiàn)在的2

55、0ns以下?？焖俚闹噶?周期使得dsp芯片能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)許多dsp應(yīng)用。dsp以上這些優(yōu)點(diǎn)可以滿足實(shí)時(shí)、快 速地完成有三相整流器的控制和采樣計(jì)算的要求，論文采用的ti公司生產(chǎn)的 tms320f2407芯片指令周期為50ns,此外，dsp芯片作為控制器還有強(qiáng)大的外設(shè)功 能，tms320f2407的外設(shè)庫(kù)包括：事件管理器模塊、雙10位模一數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、串行 通信接口模塊、串行外設(shè)模塊、看門狗和實(shí)時(shí)中斷模塊、內(nèi)部flash存儲(chǔ)器模塊、 外部存儲(chǔ)器接口、數(shù)字i/o端口、pll時(shí)鐘模塊。在外設(shè)庫(kù)中事件管理模塊和雙十 位模一數(shù)轉(zhuǎn)換模塊在生成驅(qū)動(dòng)三相整流器的pwm波形中至關(guān)重要。事件管理模塊為用戶提供了一整套用于運(yùn)動(dòng)控制和電機(jī)控制的功能和特性， 這同樣非常'適用于電壓型整流器的pwm控制實(shí)現(xiàn).事件管理模塊主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：1) 三個(gè)通用定時(shí)器：事件管理器模塊的三個(gè)通用定時(shí)器在應(yīng)用時(shí)可以獨(dú)立使 用，作為控制系統(tǒng)中的捕獲周期的發(fā)生，為正交編碼器脈沖電路和捕獲單元提供