【正文】 ，即所謂的三相半橋電路。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 5 第 2 章三相電壓型 PWM 整流器的原理及控制 PWM 整流器常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 隨著 PWM 整流器技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，已經(jīng)設(shè)計(jì)出多種多樣的 PWM 整流器。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 4 系統(tǒng)采用 TI 公司的 TMS320F28035 作為主控芯片。先簡要介紹 PWM 整流器的四象限運(yùn)行原理及其拓?fù)?，再集中介紹三相 PWM 整流器在 abc 三相靜止坐標(biāo)系和 dq 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，再介紹前饋解耦和空間矢量控制。為了更好地切入蓄電池充放電裝置市場，在保證可靠性和可靠性的前提下，必須盡可能壓縮成本，同時(shí)也要考慮生產(chǎn)工藝，確保生產(chǎn)與維護(hù)簡單。 IGBT 和 MOSFET：該類型裝置采用全控型器件 IGBT 和 MOSFET 作為主要器件，通過高頻 PWM 控制開關(guān)管使網(wǎng)側(cè)為單位功率因數(shù)、直流側(cè)為純直流。 晶閘管型：該裝置采用晶閘管作為主要器件，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來調(diào)整流輸出電壓，實(shí)現(xiàn)恒流恒壓充電。該充電裝置質(zhì)量不易保證，處于淘汰狀態(tài)。國內(nèi)在這方面的研究起步較晚，目前同國外的 應(yīng)用和研究水平相比有較大的差距。這種變流裝置稱為單位功率因數(shù)變流裝置。 影響通訊系統(tǒng)的正常工作。諧波電流能使變壓器的銅耗增加，所以變壓器在嚴(yán)重的諧波負(fù)荷下將產(chǎn)生局部過熱，噪聲增大，從而加速絕緣老化，大大縮短了變壓器、電動機(jī)的使用壽命，降低供電可靠性，極有可基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 2 能在生產(chǎn)過程中造成斷電的嚴(yán)重后果。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個(gè)方面： 加大企業(yè)的電力運(yùn)行成本。諧波的危害十分嚴(yán)重，它能使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率大大降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。主要應(yīng)用在交通運(yùn)輸、通訊、鐵路、電力、礦山、計(jì)算機(jī)、國防、港口、科研等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，其使用量和產(chǎn)量均占所有二次電池的 90%左右，相對于其它蓄電池仍然具有不可代替的地位。 關(guān)鍵詞：整流器；蓄電池； PWM； 坐標(biāo)變換 基于三相 PWM 整流器的蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) II Abstract The battery needs charging and discharging repeatedly in producing, so as activated. Most traditional chargingdischarging device of storage battery using thyristors has many disadvantages. Such as low power factor and high harmonics. A novel battery charging and discharging device base on PWM is researched and developed, which can operate with unit power factor and low harmonics, and feed the discharged energy back to the utility AC line. The main circuit of this paper is threephase voltage source PWM rectifiers, which is astrong coupling, timevarying nonlinear system, control is more plicated. This paperfocuses on the engineering design and implementation. It takes various elements such asfeasibility, reliability, cost andproduction engineering into thepr ehensive consideration,including the research of control methods, the implementation of space vector, the design of hardware and software, and the development of paper introduces the basalofthreephase voltage source PWM rectifiers. Firstly, the typical topologies and principal of PWM rectifier is analyzed in this paper. The mathematical models of threephase voltage source PWM rectifier in ABC threephase stationary anddqtwophasesynchronous rotating coordinate system are and feedforward decoupling two loop control method is presented pletely based on dq mathematical external loop is to control the chargingdischarging current or to control the charging voltage. The inner loop tails the current index of the external loop to realize unity power factor and sinusoidal current structure of program, control algorithm, realization of program. The program has many advantages of simple code, precise calculation and swift response. Keywords: rectifier。本文介紹三相 PWM 整流器的基本理論，先介紹 PWM 整流器的典型拓?fù)浜凸ぷ髟?，并建立了三相電壓? PWM 整流器在 abc 三相靜止坐標(biāo)系和 dq 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。傳統(tǒng)蓄電池充放電機(jī)大多采用晶閘管變流方式，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低，諧波污染嚴(yán)重。此處研發(fā)了一種基于 PWM 的蓄電池充放電機(jī)，該裝置可運(yùn)行于單位功率因數(shù)而使諧波變小，并且可將電池的放電 能量饋送電網(wǎng) 本文主電路采用三相電壓型 PWM 整流器，這是一個(gè)強(qiáng)耦合、時(shí)變非線性系統(tǒng)，控制較為復(fù)雜。基于 dq 數(shù)學(xué)模型，完整給出采用 PI 前饋解耦的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。pwm。 在 蓄電池生產(chǎn)過程中，不管是極板化成，還是電池的活化，充放電是一個(gè)很關(guān)鍵的過程，首先要保證按充放電工藝對電池進(jìn)行充放電，其次由于蓄電池生產(chǎn)廠家都是批量生產(chǎn)電池，由于對電池充放電的時(shí)間長和充放電電流大和電壓高，充放電所消耗的電能就非常大，所以充放電過程中如何節(jié)能也是一個(gè)不可忽視的問題，為此充放電裝置在此扮演著很重要的角色。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。由于諧波不經(jīng)治理是無法自然消除的，因此大量諧波電壓電流在電網(wǎng)中游蕩并積 累疊加導(dǎo)致線路損耗增加、電力設(shè)備過熱，從而加大了電力運(yùn)行成本，增加了電費(fèi)的支出。 引發(fā)供電事故的發(fā)生。當(dāng)輸電線路與通訊線路平行或相距較近時(shí)，由于兩者之間存在靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，形成電場耦合和磁場耦合，諧波分量將在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生聲頻干擾，從而降低信號的傳輸質(zhì)量，破壞信號的正常傳輸，不僅影響通話的清晰度，嚴(yán)重時(shí)將威脅通訊設(shè)備及人身安全。在功率不大的場合下，可采用全控型 PWM 整流器來替代傳統(tǒng)的二極管和晶閘管整流。將 PWM 變流器應(yīng)用到蓄電池充放電裝置，這方面的研究較少。 功率晶體管型：該充電裝置采用晶體管為工作器件，其工作在線性狀態(tài)，通過調(diào)整功率其 CE 極壓降來穩(wěn)壓調(diào)整輸出電壓，穩(wěn)定輸出電流。該類型的裝置以其容量大、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)成為目前應(yīng)用最廣泛的蓄電池充電裝置。從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上來看，有三相電壓型 PWM 整流器、三相電壓型 PWM 整流器加 buck\boost、 PFC 加移相全橋、 Z 源等。本課題以三相電壓型 PWM 整流器作為主要研究對象，闡述 PWM 整流器的工作原理，并建立其數(shù)學(xué)建模，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)前饋解耦控制器，然后根據(jù)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了基于 PWM 的蓄電池充放電裝置樣機(jī)。從模型到控制，都用數(shù)學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)的推導(dǎo)，將三相 PWM 整流器作了詳細(xì)系統(tǒng)的分析。本文給出了程序的結(jié)構(gòu)與功能，并分析 AD 采樣，控制計(jì)算，中斷保護(hù)等的實(shí)現(xiàn)方法。PWM 整流器按直流側(cè)儲能形式可分為：電壓型和電流型；按電網(wǎng) 相數(shù)分類可分為：單相、三相與多相電路；按 PWM 開關(guān)調(diào)制分類可分為：軟開關(guān)調(diào)制與硬開關(guān)調(diào)制；按橋路結(jié)構(gòu)分類可分為：半橋與全橋電路；按調(diào)制電平分類可分為：二電平電路、三電平電路與多電平電路。其較適用于三相電網(wǎng)平衡的系統(tǒng)。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 6 圖 2. 2 三相 VSR 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 電流型 PWM 整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 如圖 示出單相電流型 PWM 整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，圖 23 示出三相電流型 PWM 整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這是一半橋電路，其交流側(cè)接有三相對稱 LC 濾波電路；直流側(cè)與單相電流型 PWM 整流器直流側(cè)相同，三相電流型 PWM 整流器的控制相對復(fù)雜，制約了其應(yīng)用和研究。 PWM 整流器能實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸，整流時(shí)從電網(wǎng)吸取電能，逆變時(shí)能將電能回饋到電網(wǎng)。 圖 PWM 整流器單相等效電路圖 a) 純電感特性運(yùn)行 b) 正阻特性運(yùn)行 c) 純電容特性運(yùn)行 d) 負(fù)阻特性運(yùn)行 圖 PWM 整流器交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 8 其中： .aE —— 交流電網(wǎng) a 相電動勢矢量 .alU —— 交流側(cè) a 相電感電壓矢量 .aU —— VSR 交流側(cè)電壓矢量 .aI —— 交流側(cè) a 相電流矢量 以交流電網(wǎng) a 相電動勢矢量 .aE 以參考，如圖 25 所示。當(dāng)矢量 .aU 端點(diǎn)由 A 點(diǎn)運(yùn)動至 B 點(diǎn)的過程中， PWM 整流器需要從電網(wǎng)吸收有功和感性無功，PWM 整流器運(yùn)行在整流狀態(tài)。當(dāng)矢量 .alU 端點(diǎn)運(yùn)動至 C 點(diǎn)， Ia超前 Ua， PWM 整流橋的網(wǎng)側(cè)顯現(xiàn)純電容特性。 三相 VSR 數(shù)學(xué)模型 三相 VSR 的一般數(shù)學(xué)模型 三相 VSR 一般數(shù)學(xué)模型就是根據(jù)三相 VSR 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在三相靜止 坐標(biāo)系(a,b,c)中利用基爾霍夫電壓和電流定律，對 VSR 建立一般數(shù)學(xué)描述。為分析方便，定義開關(guān)函數(shù) , 為： ),k01 cbaS k ????? （通上橋臂關(guān)斷，下橋臂導(dǎo) 斷上橋臂導(dǎo)通，下橋臂關(guān) 圖 三相 VSR 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 由基爾霍夫電壓定律寫出三 VSR 電壓方程 : anodcaaa RiuusedtdiL ???? )(bnodcbbb RiuusedtdiL ???? )( odcccc RiuusedtdiL ???? )( 由基爾霍