【正文】 摘要傳統(tǒng)的整流裝置是電網污染的主要來源，三相電壓型PWM整流器具有輸出電壓恒定、能實現單位功率因數運行、電能雙向流動等特點，因而成為目前電力電子領域中的熱點課題之一。隨著大規(guī)模集成電路技術及計算機技術的發(fā)展，采用微處理器作為硬件控制核心的微機控制器將成為今后整流器的發(fā)展方向。隨著控制方法的不斷改進與發(fā)展，對微機整流控制器的運算速度提出了非常高的要求。本文根據設計要求，以DSP(數字信號處理器)作為控制核心，研究并設計了基于DSP的PWM整流器。本文首先介紹了PWM整流器的發(fā)展狀況，說明了DSP與其他單片機或通用微處理器相比在性能上的優(yōu)勢。從整流主電路、控制電路、測量電路、SVPWM調制方法等幾個方面論述了基于DSP的PWM整流器的硬件設計以及主要實時軟件的流程圖和實現方法。文中還介紹了PIM(功率智能模塊)的使用，并基于此設計了系統(tǒng)的主電路，并用TMS320F2812的匯編語言與C語言結合進行了軟件編程。由于采用了這些先進技術，使得本文中的PWM整流器結構簡單、性能可靠、操作方便。關鍵詞：PWM整流器；空間電壓矢量脈寬調制；數字信號處理器；智能功率模塊Title: The Design of Threephase PWM rectifier Based on DSP AbstractThe conventional rectifier Produce harmonic Problem in power system. While threephase PWM VSR (voltage source rectifier) can provide constant dc bus voltage and get unity Power factor .It also has line Power feedback capability So it is being interested in power electronics field.With the development of largescale integrate circuit technology and puter technology，microputerbased rectifier controller will bee the main stream of rectifier controllers in the future. Constant improvement in rectifier control microputer based rectifier controller. According to this requirement,the paper studies and designs the DSPbased rectifier controller by using DSP (Digital Signal Processor) as the control center.This paper introduces the control function and the developing tendency of PWM rectifier. And, it illustrates DSP39。s performance advantage pared with the other single chips or generalpurpose processors. It deals with the design of the DSPbased rectifier39。s hardware and the flowchart and realization method of its software from the aspects of control circuit, measuring circuit.main circuit and the method of realizing SVPWM. The paper also introduces use of IPM (Intelligent Power Module), and designs main circuit based on it. Because of the adoption of these advanced technologies, the PWM rectifier structure is simpler, its performance as retiadte and its operation convenient.Keywords： PWM rectifier；SVPWM；DSP；IPMV目錄摘要 IAbstract II第一章 緒論 1 1 1 三相PWM整流器的國內外發(fā)展狀況 2 2 PWM整流器的研究狀況 5 PWM整流器控制技術研究方向 7 8第二章 PWM整流器的工作原理、拓撲結構及數學模型 9 PWM整流器的工作原理 9 PWM整流器電路拓撲 11 11 14 14 17第三章 整流器主電路參數的選擇 20 20 20 21 22第四章 PWM整流器的硬件設計 23 23 23 24 25 26 27 27 28 30 31 31 32 33 DIPIPM緩沖電路設計 34第五章 基于DSP的空間電壓矢量脈寬調制的實現 35 35 38 39 40第六章 軟件設計 42 42 42 42 43 43 43 45 45 PID控制子程序 45 46 46結論 49致謝 50參考文獻 51長學春工業(yè)大學士學位論文第一章 緒論 近20年來隨著電力電子裝置的廣泛使用，由此引起的諧波污染問題日益嚴重，逐漸受到了人們的重視。目前，大部分的電力電子裝置所使用的直流電源是通過不可控流或相控整流得到的，這些傳統(tǒng)的設備在運行中對電網注入了大量的諧波和無功，因此造成了嚴重的電網污染。各種電力電子裝置的使用對公用電網所造成的諧波污染問題受到了人們的關注。據日本電氣協(xié)會1992年發(fā)表的一項關于諧波源的調查報告表明，到2001年，AC/%，通訊設備配套用AC/DC開關電源增長率超過15%，全球開關電源市場規(guī)模從92年的82億增加到99年的166億美元，平均年增長率為10%，到09年全球開關電源規(guī)模超過488億美元。因此，消除諧波污染并提高功率因數，己經成為電力電子技術中的一個重大課題。同時，為了保證電網和用電設備的安全經濟運行，目前許多工業(yè)國家和組織都制定了相應的諧波標準，如國際電工委員會(IEO制定的IEEE5552標準對用電裝置的功率因數和波形失真度作了具體的限制，歐洲也制定了相應的IEC100032標準，我國國家技術監(jiān)督局也于1993年頒布了《電能質量公用電網諧波》標準(GB/1454993)，并于1994年3月1日起正式執(zhí)行。而我國對高功率因數PWM整流器的研究起步較晚，對PWM整流技術的工程應用研究還有待繼續(xù)深入。鑒于國際標準的要求、國內研究現狀及AC/DC電源行業(yè)的巨大市場需求，本課題顯得尤為貼近實際。傳統(tǒng)整流裝置主要是指由二極管組成的非線性電路或由晶閘管組成的相控電路，它們主要存在以下缺點：(1)網側功率因數低，對電網造成了無功增加，危害電網質量。同時，無功的副作用還表現為降低了發(fā)電、輸電設備的利用率，增加了線路損耗。 (2)輸入電流諧波含量高，諧波除了降低了發(fā)電、輸電設備的利用率外，還會影響設備的正常工作，產生不希望的機械震動和噪音；諧波還容易引起某些繼電器、接觸器的誤動作，造成事故；同時，諧波也對周圍環(huán)境產生電磁干擾，影響通訊設備的正常工作等。 (3)交流側電網電壓波形畸變，污染電網。 獲得高功率因數，消除諧波的方法主要有兩種:一種是被動法，即在諧波和無功產生的情況下采用補償裝置，補償其諧波和無功功率；二是主動法，即對傳統(tǒng)整流裝置本身進行改進，使其盡量不產生諧波，且不消耗無功功率或根據需要對其功率因數進行控制:兩者比較，采用改進傳統(tǒng)整流裝置的方法改善功率因數和實現諧波抑制更為有效，也就是開發(fā)輸入電流為正弦、諧波含量低且功率因數接近于1的高性能二相整流器。三相PWM高功率整流器與傳統(tǒng)的整流裝置相比，具有交流側輸入、輸出電流諧波小，功率因數可調，直流側電壓波動小，能量能雙向流動等優(yōu)點，因而其控制的策略研究成為目前電力電子領域中的一個熱點。 三相PWM整流器的國內外發(fā)展狀況 變頻器、逆變電源、高頻開關電源以及各類特種變流器等裝置很大一部分都需要整流環(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，因而對電網注入了大量諧波及無功，造成了嚴重的電網“污染”。作為電網主要“污染”源的整流器，首先受到了學術界的關注，并開展了大量研究工作[12]。其主要思路就是將PWM技術引入整流器的控制中，使整流器網側電流正弦化，可運行于單位功率因數，這就是PWM整流器。 PWM整流器的研究始于20世紀80年代，這一時期由于全控器件的日益成熟和應用，推動了PWM技術的應用與研究。1982年Busse Alfred, oltz Joachim首先提出了基于可關斷器件的三相全橋PWM整流器拓撲結構及其網側電流幅相控制策略，并實現了電流型PWM整流器網側單位功率因數正弦波電流控制。1984年Akagi Hirofumi等提出了基于PWM整流器拓撲結構的無功補償器控制策略[4]這實際上就是電壓型PWM整流器早期的設計思想。到20世紀80年代末，、離散動態(tài)數學模型及控制策略，PWM整流器的研究發(fā)展到一個新的高度[15]。 20世紀90年代以來，PWM整流器一直是學術界關注和研究的熱點課題。隨著研究的深入，基于PWM整流器拓撲結構及控制的拓展，相關的應用研究也發(fā)展起來。這些應用研究，又促進了PWM整流器及其控制技術的進步和完善。經過多年的研究和發(fā)展，PWM整流器技術己日趨成熟。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；PWM開關控制由單純的硬開關調制發(fā)展到軟開關調制；功率等級從千瓦級發(fā)展到兆瓦級，而在主電路類型上，既有電壓型整流器(Voltage Source RectifierVSR)，也有電流型整流器(Current SourceRectifierCSR，并且兩者在工業(yè)上均成功地投入了應用?？刂萍夹g是PWM整流器發(fā)展的關鍵。為保證直流側的電壓恒定，控制系統(tǒng)多采用電壓外環(huán)的PI調節(jié)控制。為了使電壓型PWM整流器工作時達到單位功率因數，網側呈現受控電流源特性，其網側電流控制策略的研究顯得十分重要。根據有無引人電流反饋可將控制方法分為兩大類：.39。I39。.001首先提出的間接電流控制策略[6]；引入交流電流反饋的目前占主導地位的直接電流控制策略。間接電流控制技術為電流開環(huán)控制，如早期采用的相位幅值控制，通過PWM整流方法在整流器橋臂中點輸出幅值和相位受控的正弦PWM電壓，該電壓與電網電壓共同作用，可在整流器交流側形成所需的正弦基波電流，而諧波電流則由交流電感濾除。間接電流控制由于無需交流電流傳感器，因此系統(tǒng)結構簡單。但動態(tài)響應慢，無限流功能，穩(wěn)定性很差等缺點影響了它的廣泛應用，己經逐漸被直接電流控制取代。直接電流控制由于具有網側電流閉環(huán)控制，使系統(tǒng)動、靜態(tài)性能得到提高，可以獲得較高品質的電流響應，同時也使網側電流控制對系統(tǒng)參數不敏感，增強了控制系統(tǒng)的魯棒性。當然，直接電流控制的控制結構和算法較間接電流控制復雜。對于直接電流控制系統(tǒng)，可分為滯環(huán)電流控制、預測電流控制、同步PI控制、直接功率控制等，其中基于空間矢量的PWM控制最為流行。早期PWM整流器多采用滯環(huán)電流控制[8]，近期多采用預測電流控制和同步PI控制[9]等控制算法。滯環(huán)電流控制開關頻率不固定，不利于器件的選取和控制的實現。預測電流控制保持滯環(huán)電流控制響應速度快的特點，實際電流能夠在一個開關周期內跟蹤上指令電流，而且控制周期和器件開關頻率固定，整個控制系統(tǒng)中只有電壓環(huán)一個PI調節(jié)器，參數整定比較簡單。同步PI控制開關頻率固定，采用同步坐標系下控制，可實現有功、無功電流解禍控制，有功、無功功率獨立調節(jié)。采用PI調節(jié)器可以實現無靜差調節(jié)，能夠獲得較好的動靜態(tài)特性。矢量控制早在20世紀70年代初被提出，當時以直流電動機和交流電動機比較的方法分析闡述了這一原理，由此開創(chuàng)了把交流電動機等效為直流電動機控制的先河。根據磁場等效的基本原理，三相靜止坐標、兩相靜止坐標和兩相旋轉坐標系之間可以進行相互轉換，這樣就可以把對交流量的控制轉變成對直流量的控制，使系統(tǒng)得到較好的動靜態(tài)性能[10]。矢量控制可以分為電壓定向控制和虛擬磁鏈定向控制兩種。別外一種是直接功率控制困PC[3]。三相PWM整流器的直接功率控(DPC)是一種基于瞬時功率理論的滯環(huán)控制方法。它根據有功和無功功率與開關狀態(tài)的簡單對應關系，由整流器的開關狀態(tài)來估計有功和無功功率。用給定功率和估測功率進行比較，其誤差經過比較器和整流器狀態(tài)選擇器，就可以輸出整流器下一次的開關狀態(tài)，達到了直接功率控制的要求。直接功率控制在本質上是對輸入電流進行控制，能夠有效改善電流波形的畸變，獲得高功率因數；控制系統(tǒng)中沒有電流內環(huán)控制和PWM調制模塊，控制方便，算法簡單由整流器的交流側電流、直流側電壓和功率器件的開關狀態(tài)來估算有功、無功功率和電網電壓。這種控制算法的缺點是需使用微分項，易引入高頻干擾；由于采用滯環(huán)控制方式，開關頻率不固定，要求快速的微處理器來實現。直接功率控制也可以分為電壓定向控制和虛擬磁鏈定向控制兩種。 本文并聯二重化實驗用小功率PWM整流器系統(tǒng)將采用同步PI控制方法本文逆變器試驗臺系統(tǒng)將采用三相獨立調節(jié)電流的預測電流控制算法，可以單獨控制各相電流的不平衡運行。第5章將