【正文】 取 vs TT? ，所以得到： 420104 4 ?????? ?svvp TT CK （ 418） 2100001045 420)3(5 4 ?????? ?sv vpvi TT KK （ 419） 為穩(wěn)定直流側(cè)電流，所以直流側(cè)需要增加一個(gè)電抗器。 圖 三相 VSR雙閉環(huán)解耦控制結(jié)構(gòu) 由三相 VSR雙閉環(huán)解耦控制結(jié)構(gòu)圖可以得到其結(jié)構(gòu)框圖，如圖 。通過(guò)校正，可以得到電流 內(nèi)環(huán)的開(kāi)環(huán) 23 傳遞函數(shù)為： )()( ?? si P W MiPoi TsR KKsW ? （ 47） 由典型 I系統(tǒng)參數(shù)整定關(guān)系可知，當(dāng)系統(tǒng)阻尼比 ?? 時(shí)，有 ?i PWMiPs R KKT ? （ 48） 通過(guò)求解可得 ： PWMsiiP KTRK 3 ?? （ 49） PWMsiiPiI KT RKK 3?? ? （ 410） 式中， iPK 表示電流內(nèi)環(huán)比例調(diào)節(jié)增益； iIK 表示電流內(nèi)環(huán)積分調(diào)節(jié)增益； PWMK 表示橋路 PWM等效增益； R表示整流電路負(fù)載電阻值； sT 表示電流內(nèi)環(huán)采樣周期（即亦為 PWM整流器的開(kāi)關(guān)周期）； RLi /?? ； 根據(jù)任務(wù)書(shū)，可以得到： 1）載波頻率（開(kāi)關(guān)頻率） 10KHZ，則 sTs 4101 ??? ； 2）負(fù)載電阻 。 三相 VSR電流內(nèi)環(huán)經(jīng)前饋控制算法后實(shí)現(xiàn)解耦控制，如圖 。通過(guò)芯片 AD637 可以將交流電壓轉(zhuǎn)化為有效值進(jìn)行輸出。 圖 控制電路的主框圖 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 直流側(cè)電壓的檢測(cè) 本設(shè)計(jì)采用電壓傳感器來(lái)檢測(cè)直流側(cè)電壓。電阻 R2的作用是對(duì)流過(guò) IGBT的電流進(jìn)行采集，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào) V1。 2） 當(dāng) IGBT導(dǎo)通時(shí)，電容 C上存 儲(chǔ)的能量通過(guò) IGBT、緩沖電路上電阻 R釋放，為下次的緩沖吸收做好準(zhǔn)備。 圖 PG6 螺旋安裝鋁電解系列電容 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 交流側(cè)過(guò)流保護(hù) 在三相 VSR 的交流側(cè) ， 需 采取短路保護(hù) 電路 ， 從而 保證 電路 安全可靠地 運(yùn)行 。 由式（ 235）可以得到：為了滿(mǎn)足電壓環(huán)的跟隨性能指標(biāo)，三相 VSR 直流側(cè)電容要盡量小，以確保三相 VSR直流側(cè)電壓的快速跟蹤控制； 由式（ 236）可以得 到：為了滿(mǎn)足電壓環(huán)控制的抗干擾性能指標(biāo)，三相 VSR 側(cè)電容要盡量大，以限制負(fù)載擾動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的直流電壓動(dòng)態(tài)降落。 所以由式（ 217）可以得到關(guān)于交流側(cè)電感的上限值： mHI EvL m mdc 0/ 22048002 42222 ??? ????? ?? （ 36） maxi? 表示 最大允許諧波電流脈動(dòng)量。 根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求： 1） 調(diào)制方式采用雙極性 SPWM 調(diào)制，所以式（ 215）中的 PWM 相電壓最大利用率 M的值為 。由式mRM UU 2? 可以得到： VUU MRM 0 7 72 2 03222 ?????? （ 34） 式中， mU 表示輸入線電壓的振幅值， RMU 為 IGBT的最大反向電壓。 如果要使 VSR 直流側(cè)電容取值同時(shí)滿(mǎn)足直流電壓跟隨性、抗擾性控制性能指標(biāo)，則要滿(mǎn)足下式： ** ?? rmtV （ 237） 15 第 3 章 三相電壓型 PWM 整流電路的主電路設(shè)計(jì) 主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇 本論文采用的是 三相電壓型半橋式整流電路，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 。 當(dāng)三相 VSR 直流電壓指令階躍給定為額定直流電壓指令值時(shí)，若電壓調(diào)節(jié)器采用 PI 調(diào)節(jié)器，則在三相 VSR 實(shí)際直流電壓未超過(guò)指令值前，電壓調(diào)節(jié)器輸出始終飽和。 圖 電流峰值（ 2/???t ）處附近一個(gè) PWM開(kāi)關(guān)周期中的電流跟蹤波形 在穩(wěn)態(tài)條件下，當(dāng) 10 Tt?? 時(shí)， 0?as ，且滿(mǎn)足如下等式： 11)(3 T iLssvEvsv cbdcmdcasa ?????? （ 224） 當(dāng) STtT ??1 時(shí)， 1?as ，且滿(mǎn)足如下等式： 22)2(3 T iLssvEvsv cbdcmdcasa ???????? （ 225） 考慮到電流峰值附近一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，有 21 ii ??? 。 由上式得三相電壓型 PWM整流器在 4個(gè)特殊工作點(diǎn)時(shí)的電感上限值。 滿(mǎn)足三相 VSR有功（無(wú)功）功率穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。 圖 SA8281與 89C52的接口原理圖 如圖 ， 89C52的 PO 口與 SA8281的地址數(shù)據(jù)總線直接連接， 3條控制線、 WR 、 RD 、ALE分別與 89C52相應(yīng)的引腳進(jìn)行連接。當(dāng) SET TRTP 有效時(shí)， TRIP 為低電平，表示輸出已經(jīng)閉鎖。其 DIP封裝引腳如圖 。雙閉環(huán)系統(tǒng)也是一個(gè)一階系統(tǒng)，屬于無(wú)條件穩(wěn)定系統(tǒng)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，參數(shù)的計(jì)算比較簡(jiǎn)單 SPWM 調(diào)制波的實(shí)現(xiàn) 89C52簡(jiǎn)介 89C52是 INTEL公司 MCS51系列單片機(jī)系列中的增強(qiáng)型產(chǎn)品，作為以 CMOS工藝技術(shù)制造的高性能 8位單片機(jī)。 7 圖 三相 VSR滯環(huán)電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 該三相 VSR滯環(huán)電 流控制系統(tǒng)是一個(gè)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，其外環(huán)是直流電壓控制環(huán)，內(nèi)環(huán)是交流電流控制環(huán)。變壓器為同步變壓器，主要是為了保證采樣電壓和交流側(cè)電壓是同相位的。 三相 VSR間接電流控制 三相 VSR間接電流控制是通過(guò)直接控 制 VSR交流側(cè)電壓來(lái)達(dá)到控制 VSR交流側(cè)電流的，而不需要設(shè)置交流電流傳感器來(lái)構(gòu)成電流閉環(huán)控制，所以是一種簡(jiǎn)單的 VSR控制方案。 以區(qū)間 5為例，分析電路的換流方式。因此三相 VSR共有 8種開(kāi)關(guān)模式，可以用單極性二值邏輯開(kāi)關(guān)函數(shù) js （ j=1,2,3）來(lái)描述，即 )3,2,1({ ,10 j 39。電流型的特點(diǎn)是直流側(cè)串聯(lián)電感，使 CSR直流側(cè)呈高阻抗的電流 源特性。對(duì)于大功率場(chǎng)合，研究主要集中在多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、變流器組合以及軟開(kāi)關(guān)技術(shù)上。因而近年來(lái)受到廣泛的關(guān)注和研究，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展， PWM整流器主電路已從早期的半控橋發(fā)展到如今的全控橋；在主電路類(lèi)型上既有電壓型整流器（ Voltage Source RectifierVSR）， 又有電流型整流器（ Current Source RectifierCSR）；其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也從單相、三相電路發(fā)展到多組級(jí)聯(lián)或多電平拓?fù)潆娐?；PWM控制也由單純的硬開(kāi)關(guān)調(diào)制發(fā)展到軟開(kāi)關(guān)調(diào)制。調(diào)制波采用的是雙極性 SPWM波，通過(guò)單片機(jī) 89C52控制芯片 SA8281來(lái)產(chǎn)生 SPWM 波。要求輸入功率因數(shù)達(dá)到 以上，效率達(dá)到 90%以上，整流電壓值為 800V，要求電壓超調(diào)量小于 10%，電流超調(diào)小于 5%，交流側(cè)電流脈動(dòng)率小于額定值的 10%，直流側(cè)電壓脈動(dòng)率在177。 PWM整流器因其具有高功率因數(shù)、四象限運(yùn)行，低諧波污染等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到廣泛的應(yīng)用。電力電子技術(shù)在推動(dòng)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及國(guó)防建設(shè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。具體需要設(shè)計(jì)檢測(cè)電路，通過(guò)檢測(cè)電路將電流信號(hào)、電壓信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)，然后單片機(jī)經(jīng)過(guò)內(nèi)部處理后，決定是否命令 SA8281中斷 SPWM波的輸出。 由于本設(shè)計(jì)采用的是 三相電壓型 PWM 整 流電路，所以詳細(xì)分析了其 主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理。 PWM 整流器使網(wǎng)側(cè)電流正弦化，且運(yùn)行于單位功率因數(shù)，解決傳統(tǒng)整流器的弊端，滿(mǎn)足“綠色電能變換”潮流，因而得到了廣泛的應(yīng)用與研究。驅(qū)動(dòng)電路采用由美國(guó)國(guó)際整流器公司生產(chǎn)的 大功率 IGBT專(zhuān)用的橋式電路驅(qū)動(dòng)集成芯片 IR2110及其外圍電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。 double closed loop。目前常用的變流裝置需要整流環(huán)節(jié)，以獲得直流電壓，由于整流環(huán)節(jié)很大一部分采用了二極管不控整流電路或晶閘管相控整流電路，因此對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波污染，并且使功率 因數(shù)低下。 由于 PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)出受控電流源特性，這一特性使 PWM整流器控制技術(shù)及其應(yīng)用獲得進(jìn)一步的發(fā)展和拓寬，滲透到了其它眾多領(lǐng)域，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太陽(yáng)能，網(wǎng)通等可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電等。 三相半橋式整流電路由 6組 IGBT和續(xù)流二極管反并聯(lián)組成。 相對(duì)于不控整流器和相控整流器，由于 PWM整流器對(duì)電網(wǎng)不產(chǎn)生諧波“污染”，因此 PWM整流器是一種真正意義上的綠色環(huán)保電力電子裝置。（ 2）電壓型整流器的電流控制策略：最初提出 PWM 整流器技術(shù)是以電流型拓?fù)涮岢龅?，但由于電流型結(jié)構(gòu)所需要的較大的儲(chǔ)能大電感，以及控制的復(fù)雜性，使得電流型整流器的發(fā)展相對(duì)比較緩慢，近年來(lái)隨著超導(dǎo)技術(shù)的進(jìn)展，電流型整流器在超導(dǎo)儲(chǔ)能領(lǐng)域得到了較為成功的應(yīng)用。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，為了適應(yīng)在不同場(chǎng)合對(duì) PWM整流器的要求， PWM整流器已經(jīng)發(fā)展成很多種類(lèi)。按調(diào)制電平可以分為二電平電路、三電平電路和多電平電路。所以可以得到電流為： ??????????????)32sin()32sin()sin(?????tIitIitIimcmbma （ 23） 根據(jù)三相電網(wǎng)電壓公式，可以畫(huà)出三相電壓波形，如圖 。得： 6 )(1)( tISCR RtV dcL Ldc ???? （ 214） 由上式可知， CRL? 越 大， )(tVdc 脈動(dòng)幅值越小。 圖 三相 VSR靜態(tài)間接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 三相 VSR靜態(tài)間接電流控制只有電壓環(huán)，沒(méi)有電流環(huán)。由于三相 VSR直接電流控制采用網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制，使 VSR網(wǎng)側(cè)電流動(dòng)、靜態(tài)性能更好，同時(shí)也使網(wǎng)側(cè)電流控制對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化不靈敏，從而增強(qiáng)了電流控制系統(tǒng)的魯棒性。 綜上所述，三相 VSR 滯環(huán)電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電流響應(yīng)快，控制 運(yùn)算中不需要求得電路參數(shù)，系統(tǒng)的魯棒性較好，因而獲得廣泛的應(yīng)用。 與電流互感器一起組成交流側(cè)過(guò)電流檢測(cè)電路。 2） RPHT、 YPHT、 BPHT引腳：分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制 R、 Y、 B的上臂開(kāi)關(guān)管。 3） VDD和 VSS引腳：正負(fù)電源端。 對(duì)于三相 VSR 交流側(cè)電感、 直流側(cè)電容參數(shù)選擇的分析 三相 VSR交流側(cè)電感分析 交流側(cè)電感除了能用來(lái)濾波，還可以進(jìn)行能量的傳遞和電壓的平衡。當(dāng)采用空間矢量 PWM（ SVPWM）控制時(shí)，則 33?M 。電感上限值如下所示： ?? m mdcmdcm I Evp EvEL 2 2)(4 432222 ?? ?? 或 （ 221） 滿(mǎn)足三相 VSR瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)。 滿(mǎn)足 VSR直流電壓跟隨性指標(biāo) 分析三相 VSR 從直流電壓穩(wěn)態(tài)最低值躍變到直流電壓額定值的動(dòng)態(tài)過(guò)程。 將式（ 238）和式（ 244）代入式（ 244），化簡(jiǎn)可得 LerRtC *? （ 235） 滿(mǎn)足 VSR直流電壓抗干擾性能指標(biāo) 由上面的推導(dǎo)過(guò)程，可以看出滿(mǎn)足三相 VSR 直流電壓跟隨性指標(biāo)可以求出直流側(cè)電容的最大值。 本設(shè)計(jì)中要求整流器效率 ? 達(dá)到 90%以上，輸出額定功率 0P 為 15kW。 選擇 VUO7012N07的原因： 1）可以滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)對(duì) IGBT管的所有要求； 2)直插式器件，便于安裝； 3）重量輕，只有 110g； 4）體積小，其尺寸為 mmmmmm 262980 ?? ； 5）價(jià)格便宜，一般網(wǎng)上的只有 1元 /只； VUO7012N07的實(shí)物圖如圖 。整流電路輸入為三相市電。 在電感的設(shè)計(jì)中，對(duì)于磁芯的形狀， 一般有磁環(huán)磁芯、 罐型磁芯、 E 型磁芯、 EC 磁芯和PQ磁芯。采用串聯(lián)的連接方式。 IGBT的保護(hù) 對(duì)于 IGBT 過(guò)電壓的保護(hù)，本設(shè)計(jì)采用 RC 型吸收電路來(lái)保護(hù)功率開(kāi)關(guān)管 IGBT。 IGBT過(guò)電流保護(hù)的原理圖如 。該控制電路采用電壓、電流雙閉環(huán)控制。先將三相輸出交流電流轉(zhuǎn)換為三相交流電壓，然后與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。則： VIXU