三相pwm整流电源设计软件子系统(附件)
如今社会绿色资源领域的蓬勃成长，PWM整流器早已是国内外科研项目的根本。需要用电的装置或另外电气装置都可以很好的与PWM整流器衔接，因为它可以促成网侧电流以正弦波运作，还有功率因数可变更。此文章讲述了基于TMS320F28335DSP控制器的三相电压型PWM整流器的运行结构，主要任务完成了从系统结构到硬件最后到软件等。此文章先是讲述PWM的运行基理，然后根据三相电压型PWM整流器各电压和电流与电桥运行状态的联系构建了其数学模形。在三相ABC和两相dq坐标系中给出的数学模形，利用电流反馈解耦控制，以及系统的基本控制框图。发明了电压环路和电流环路的数字PI调节器，并根据书上知识和操作情况将其参数调整了一下。然后在Matlab的集成仿真Simulink下建立仿真模形，并借助仿真证实了该思想的可行性。关键词三相电压型PWM整流器，dsp，matlab
目 录
1 引言 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
2 三相PWM整流器系统结构及主电路参数设计 2
2.1三相PWM整流器系统结构设计及工作原理 2
2.2三相PWM整流器的一般数学模型 5
2.3三相PWM整流器主电路参数设计 14
3 三相PWM整流器控制系统设计 20
3.1 αβ坐标系下三相PWM整流器双闭环控制策略 20
3.2 系统电流内环控制器的设计 21
3.3 系统电压外环控制器的设计 22
3.4 自适应滤波数字锁相环 23
3.5 空间矢量调制算法 24
3.6 系统软件设计 29
4 三相PWM整流器仿真 33
5 结论 33
致谢...............................................................................................................................38
参考文献 39
1 引言
1.1 课题研究背景及意义
随着电力电子技 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
术的持续完善，电力电子功率转换也以非常快的速度持续完善，并发明了各种基于以脉宽调制(PWM)工作的转换器装置。这样的变换器，逆变器，高频开关电源以及各种专用变换器，这些已广泛应用于社会的各个方面。电流型PWM整流可应用到中压电机驱动，大功率感应加热和电解行业等[1]。但是，眼下，这些转换器基本都要整流器来得到直流电压。因此，较多的谐波和无功功率被流到电网，导致严重的“污染”。管理此类型的“污染”的最基本方法是需要交流设备促成正弦网侧电流并以单位功率因数工作。所以为了解决“污染”，世界上各国高度重视并采取相应的手段。为了实现把PWM应用到整流器系统中，使其网侧电流为正弦曲线，和工作于单位功率因数接近为1。
从上世纪末期开始，PWM整流器的科研大致围绕如下范围开始：PWM整流器的建模与分析；电压型PWM整流器的电流控制；主电路拓扑结构研究；系统控制策略研究；电流型PWM整流器研究。因为PWM整流器在网侧提供受控电流源，所以此特点促进了PWM整流器与其控制系统得以快速发展，在很多方面都有涉及和应用，如高压直流输电、电气传输、UPS、风能等等可再生能源。
1.2 国内外研究现状
早就从上个世纪开始，发达国家就开始着手PWM整流器的研发工作，经过不懈努力先是发明了全控型器件，有了此基础PWM高频整流器也随之趋于完善。世界上各国都对PWM整流器有了高度重视并投入了很多人力物力。所以也有了不小的成果，PWM整流器的主电路也由一开始的半控型器件到全控型器件。随着时代的进步，在PWM整流器拓扑结构和控制方面的应用也变得多了，比如有源滤波、交流传动、超到储能等。这些方面知识的渐渐完善对PWM整流器机器应用起着关键的作用。
2 三相PWM整流器系统结构及主电路参数设计
本章设计三相PWM整流器系统构造，详细讲述了其运作基理，并创设了数学模形。分析并推导了在不同坐标系下传统整流器的交流输入量和直流输出量的基本数量关系式。网状滤波电感器是根据功率规格与瞬态电流跟踪规范开发。分析整流器直流侧电压的选择范围，进一步计算直流侧电容参数。
2.1三相PWM整流器结构设计及工作原理
本文设计的三相PWM整流器的构造如21所画。
图21 三相PWM整流器系统构造
硬件主电路由一个两电平三相三臂电路，三个网侧电感和一个直流侧总线电容器组成，三相桥臂由两个串联的IGBT开关器件组成，电网侧电感的主要作用为抑制电路纹波和控制网侧电流，直流侧的母线电容作为稳压滤波器，确保控制环路稳定。
主控制是整个控制的主导单元，其额外任务包括电压，电流，整个系统的温度保护以及当前的运行状态监视。PWM控制技术主要有电压控制PWM、电流控制PWM、空间电压矢量控制、谐振开关控制PWM等多种[8]。
电压和电流采样单元的主要功能是使用模拟电路将电压和电流放在电网侧和直流侧电压、负载电流等状态变量转换为主控制单元控制芯片可以检测到的电压范围，它决定了整个系统的采样误差和系统精度，并在整个系统的正常运行中起着十分重要的作用。驱动单元是将主控制单元产生的PWM驱动信号转换成实际可用于驱动开关器件的电压信号，以控制开关器件的开通或者关断，某些驱动单元还具有保障功能，例如开关器件的过压和过流。电压电流采样单元和驱动单元都需要实现控制电路和电源电路的分离。辅助供电单元的主要功能是将电网的交流电压转换成匹配其余各单元使用的电压，为其余单元供电。
在21的硬件主电路图下，为三相电网电动势的瞬时值，Lg为交流侧电感，Rg为交流侧等效电阻，C为直流侧电容，Vdc为直流侧电压，idc和iL分别为直流侧输入电流和输出电流，RL为直流侧负载。SK、S’K、DK、D’K(K=a,b,c)分别对应全控型开关器件和相应的反并联续流二极管。N为参考地，O为三相电网中点。图中箭头代表相应变量的正方向。如果直流输出电流为正值，则三相PWM整流器在整流模式下运行。由于交流侧电阻抗比电感阻抗小得多，所以在分析基本原理时，可以将Rg忽略，但在搭建数学模形中，仍然会考虑该模形以使其尽量准确。在22下，每相桥臂的两个开关器件都处于互补的运作状态，即当上管打开时，下管关闭。当下管打开时，上管关闭，所以，每一相桥臂都有2种工作状态，三相桥臂共有8种工作状态。定义单极性二进制逻辑开关函数：
目 录
1 引言 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
2 三相PWM整流器系统结构及主电路参数设计 2
2.1三相PWM整流器系统结构设计及工作原理 2
2.2三相PWM整流器的一般数学模型 5
2.3三相PWM整流器主电路参数设计 14
3 三相PWM整流器控制系统设计 20
3.1 αβ坐标系下三相PWM整流器双闭环控制策略 20
3.2 系统电流内环控制器的设计 21
3.3 系统电压外环控制器的设计 22
3.4 自适应滤波数字锁相环 23
3.5 空间矢量调制算法 24
3.6 系统软件设计 29
4 三相PWM整流器仿真 33
5 结论 33
致谢...............................................................................................................................38
参考文献 39
1 引言
1.1 课题研究背景及意义
随着电力电子技 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
术的持续完善，电力电子功率转换也以非常快的速度持续完善，并发明了各种基于以脉宽调制(PWM)工作的转换器装置。这样的变换器，逆变器，高频开关电源以及各种专用变换器，这些已广泛应用于社会的各个方面。电流型PWM整流可应用到中压电机驱动，大功率感应加热和电解行业等[1]。但是，眼下，这些转换器基本都要整流器来得到直流电压。因此，较多的谐波和无功功率被流到电网，导致严重的“污染”。管理此类型的“污染”的最基本方法是需要交流设备促成正弦网侧电流并以单位功率因数工作。所以为了解决“污染”，世界上各国高度重视并采取相应的手段。为了实现把PWM应用到整流器系统中，使其网侧电流为正弦曲线，和工作于单位功率因数接近为1。
从上世纪末期开始，PWM整流器的科研大致围绕如下范围开始：PWM整流器的建模与分析；电压型PWM整流器的电流控制；主电路拓扑结构研究；系统控制策略研究；电流型PWM整流器研究。因为PWM整流器在网侧提供受控电流源，所以此特点促进了PWM整流器与其控制系统得以快速发展，在很多方面都有涉及和应用，如高压直流输电、电气传输、UPS、风能等等可再生能源。
1.2 国内外研究现状
早就从上个世纪开始，发达国家就开始着手PWM整流器的研发工作，经过不懈努力先是发明了全控型器件，有了此基础PWM高频整流器也随之趋于完善。世界上各国都对PWM整流器有了高度重视并投入了很多人力物力。所以也有了不小的成果，PWM整流器的主电路也由一开始的半控型器件到全控型器件。随着时代的进步，在PWM整流器拓扑结构和控制方面的应用也变得多了，比如有源滤波、交流传动、超到储能等。这些方面知识的渐渐完善对PWM整流器机器应用起着关键的作用。
2 三相PWM整流器系统结构及主电路参数设计
本章设计三相PWM整流器系统构造，详细讲述了其运作基理，并创设了数学模形。分析并推导了在不同坐标系下传统整流器的交流输入量和直流输出量的基本数量关系式。网状滤波电感器是根据功率规格与瞬态电流跟踪规范开发。分析整流器直流侧电压的选择范围，进一步计算直流侧电容参数。
2.1三相PWM整流器结构设计及工作原理
本文设计的三相PWM整流器的构造如21所画。
图21 三相PWM整流器系统构造
硬件主电路由一个两电平三相三臂电路，三个网侧电感和一个直流侧总线电容器组成，三相桥臂由两个串联的IGBT开关器件组成，电网侧电感的主要作用为抑制电路纹波和控制网侧电流，直流侧的母线电容作为稳压滤波器，确保控制环路稳定。
主控制是整个控制的主导单元，其额外任务包括电压，电流，整个系统的温度保护以及当前的运行状态监视。PWM控制技术主要有电压控制PWM、电流控制PWM、空间电压矢量控制、谐振开关控制PWM等多种[8]。
电压和电流采样单元的主要功能是使用模拟电路将电压和电流放在电网侧和直流侧电压、负载电流等状态变量转换为主控制单元控制芯片可以检测到的电压范围，它决定了整个系统的采样误差和系统精度，并在整个系统的正常运行中起着十分重要的作用。驱动单元是将主控制单元产生的PWM驱动信号转换成实际可用于驱动开关器件的电压信号，以控制开关器件的开通或者关断，某些驱动单元还具有保障功能，例如开关器件的过压和过流。电压电流采样单元和驱动单元都需要实现控制电路和电源电路的分离。辅助供电单元的主要功能是将电网的交流电压转换成匹配其余各单元使用的电压，为其余单元供电。
在21的硬件主电路图下，为三相电网电动势的瞬时值，Lg为交流侧电感，Rg为交流侧等效电阻，C为直流侧电容，Vdc为直流侧电压，idc和iL分别为直流侧输入电流和输出电流，RL为直流侧负载。SK、S’K、DK、D’K(K=a,b,c)分别对应全控型开关器件和相应的反并联续流二极管。N为参考地，O为三相电网中点。图中箭头代表相应变量的正方向。如果直流输出电流为正值，则三相PWM整流器在整流模式下运行。由于交流侧电阻抗比电感阻抗小得多，所以在分析基本原理时，可以将Rg忽略，但在搭建数学模形中，仍然会考虑该模形以使其尽量准确。在22下，每相桥臂的两个开关器件都处于互补的运作状态，即当上管打开时，下管关闭。当下管打开时，上管关闭，所以，每一相桥臂都有2种工作状态，三相桥臂共有8种工作状态。定义单极性二进制逻辑开关函数：
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/1791.html
