【正文】 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。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。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 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。 圖 PWM 整流器單相等效電路圖 a) 純電感特性運行 b) 正阻特性運行 c) 純電容特性運行 d) 負(fù)阻特性運行 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 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 .alU 端點運動至 C 點， Ia超前 Ua， PWM 整流橋的網(wǎng)側(cè)顯現(xiàn)純電容特性。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 ???? )( 由基爾霍夫電流定律得： dcccbbaadc isisisidtduc ???? 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 10 三相 VSR dq 模型 在三相電壓型變流器中，交流側(cè)的電壓和電流都含有三個分量，這給系統(tǒng)的控制帶來難度，考慮到相電壓和相電流分別滿足約束條件： Ea+Eb+Ec=0 和 Ia+Ib+Ic=0,一般地，設(shè)矢量： V 的三個分量滿足約束條件： Va+Vb+Vc=0 ,下面對向量 V 進(jìn)行一般性研究進(jìn)行。當(dāng) L 和 R 的運算值有誤差時，必然會影響到控制交果。但在開關(guān)頻率比較小的情況下，電流動態(tài)響應(yīng)速度比較慢，且動態(tài)誤差隨電流變化率變化而變化。當(dāng)電流內(nèi)環(huán)均采用 PI 控制時，無法實現(xiàn)電流無靜差控制。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 15 圖 三相 VSR 的解耦控制 三相 VSR 空間矢量控制 空間矢量 PWM 控制策略是依據(jù)變流器空間電壓矢量切換來控制的變流器。3%； 電流漂移 177。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 17 圖 31 基于 PWM 的蓄電池充放電裝置硬件系統(tǒng)示意圖 當(dāng)蓄電池電壓小于 160V 時， S1 斷開， S2 閉合，三相 PWM 整流橋進(jìn)行恒壓控制，穩(wěn)定電容電壓 Udc1 ， BUCK 電路對蓄電池進(jìn)行恒流充電；當(dāng)蓄電池電壓大于 160V 時， S1 閉合， S2 斷開，三相 PWM 整流橋進(jìn)行恒流充放和恒壓充，實現(xiàn)能量雙向流動和單位功率因數(shù)整流。 2) 濾除 PWM 整流器交流側(cè)諧波電流，從而實現(xiàn)交流側(cè)正弦波電流控制； 3) 使 PWM 整流器具有 Boost PWM 整流器 AC/DC 變換性能； 4) 使 PWM 整流器獲得一定的阻尼特性，從而有利于控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 本系統(tǒng)中選取直流側(cè)電容參數(shù)為：電容量 2200uH，額定電壓 450V。TMS320F28035 相 對 于 TMS320F2812 ,更 適 合 作 為電力電子控制芯片。而 TMS320F28035 的 7 對 PWM 口有獨立的定時 /計數(shù)器，能配置成同周期同相位的計數(shù)，作為三相整流橋的控制，也能配置成不周期和相位的計數(shù)，去控制獨立的 PWM 電路，使用更加靈活。 圖 蓄電池電流采樣電路 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 23 蓄電池電壓采樣 電路設(shè)計 圖 蓄電池的電壓采樣電路，蓄電池的電壓通過電阻分壓作為 7800 輸入電壓。為了避免由于干擾而造成誤過零，采樣 R6 R64 和 C48 構(gòu)成 RC 濾波電路，該 RC 濾波會產(chǎn)生 10 度左右的延時，將會在程序中進(jìn)行補償。圖 313 為磁保持繼電器的驅(qū)動電路，來自 TMS320F28035 的 IO 口的信號先經(jīng)過 N14 非門進(jìn)行反向放大到 5V 電平，再由 N1820xxA 進(jìn)一步放大到 15V。而從 N23_4 輸出的高電平有 5V，不能直接接到 TMS320F28035 的 CAN 接收腳，因而需要將 5V 電壓轉(zhuǎn)化成為 電壓。捕獲單元選用的定時器計數(shù)頻率為 60M，前后兩次捕獲到的值之差即為電網(wǎng)周期（還要考慮到溢出），用 T 表示，如果電網(wǎng)周期剛好為 ，則： PWM1 定時器中斷選用的定時器也同樣為 60M，周期寄存器值為 PWM 周期的一半，用 p 表示。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 34 結(jié)束語 本文研究與設(shè)計基于 PWM 的蓄電池充放電裝置，用于蓄電池的生產(chǎn)與應(yīng)用，實現(xiàn)對蓄電池整流充電和逆變放電雙重功能，解決傳統(tǒng)充放電裝置存在的網(wǎng)側(cè)功 率因數(shù)低、諧波污染嚴(yán)重、裝置體積龐大、能量浪費等缺點。再給控制電路的設(shè)計，包括采樣電路、保護(hù)電路、 PWM 接口電路、驅(qū)動電路等。在此，首先我要感謝父母給予我入大學(xué)的機會。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 38 附錄 A 系統(tǒng)電路圖 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 1 。其次，十分感激李建英教授在設(shè)計過程中提供的莫大幫助。 軟件設(shè)計是系統(tǒng)的核心。裝置具有節(jié)能環(huán)保、對網(wǎng)側(cè)諧波污染少的優(yōu)點。 A/D 初始化配置成軟件觸發(fā)方式，觸發(fā)信號來了以后，啟動 SOC0~13 的 A/D 采樣，分別采樣 ADCINA5~ADCINA4， A/D 采樣采用 SOC 方式進(jìn)行管理，能實 現(xiàn)對同一通道進(jìn)行重復(fù)采樣提高采樣的精度。各功能模塊詳細(xì)介紹清晰的說明了基于三相 PWM 整流器的蓄電池充放電系統(tǒng)的工作原理。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 26 圖 繼電器驅(qū)動電路圖 相序檢測 電路設(shè)計 為了使系統(tǒng)能在電網(wǎng)正序和反序時都能工作，需要增加相序檢測電路，圖 為相序檢測的硬件電路對比 GPIO12 和 Cap 的信號可知，只要 TMS320F28035 在一個周期內(nèi)檢測兩次 GPIO12 的電平極性，就能得知電網(wǎng)的相序?？紤]蓄電池充放電裝置使用的電網(wǎng)畸變通常比較大，采樣 RC 延遲是很有必要的。設(shè)蓄電池電壓為 x 伏， y 的變化范圍是 0~3，相應(yīng)地， x 的變化范圍是 ~，輸入輸出為線性關(guān)系。 蓄電池電流采樣電路設(shè)計 為了對整個裝置系統(tǒng)進(jìn)行控制，需要對一些電氣參量進(jìn)行隔離、變換、取樣、計算。 TMS320F28035 的主頻為 60M，低于 TMS320F2812 的 120M 主頻，但已經(jīng)滿足控制要求。輸出 177。若忽略 VSR 交流側(cè)電阻 R ，考慮到三相 VSR 單位功率因數(shù)控制，電流過零時，電網(wǎng)電動勢 Ea=0。 主電路設(shè)計 功率器件 IGBT 的選型 考慮到 PWM 整流器運 行在單位功率因數(shù)狀態(tài)，電網(wǎng)電壓 d =15%的波動，整流器效率 h =90%，蓄電池最大電壓為 Udc=360V， PWM 整流器可運行在充電和放電狀態(tài)，兩者功率不一致。 硬件系統(tǒng)構(gòu)成 基于 PWM 的蓄電池充放電裝置硬件系統(tǒng)如圖 31 所示，系統(tǒng)主電路由變比為 4： 1 的主變壓器、電感、 IGBT、電容構(gòu)成。 將 SVPWM 應(yīng)用于 VSR 控制之中，主要繼承了 SVPWM 電壓利用率高、動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點。顯然，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流控制方案具有更好的穩(wěn)態(tài)性能。但主要不足在于開關(guān)頻率隨電流變化率變化而變化，使網(wǎng)側(cè)濾波電感設(shè)計困難，開關(guān)損耗增大，大大限制了其在功率變流領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，間接電流控制的系統(tǒng)應(yīng)用較少。 定義 abc 坐標(biāo)系到 dq 坐標(biāo)系的變換矩陣為 CroC23，對 abc 標(biāo)系的任一矢量： ?????????????????????????????????)32s i n ()32s i n ()s i n (.????????tvtvtvvvvvnmnmnmcba 其在 dq 坐標(biāo)系的象為 ? ?Tqa vv, ,即： ?????????????????cbaroqdvvvCCvv23 上述變換稱為： abc → dq 變換 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 11 abc →ab 變換 定義 abc 坐標(biāo)系到 ab 坐標(biāo)系的變換矩陣為 Cab，對 abc 坐標(biāo)系的任一矢量 : ? ??????????????????????????????????)32s i n ()32s i n (s i n.????????tvtvtvvvvvnmnmnmcba 其在 ab 坐標(biāo)系的象為 :? ?Tvv ??, ,即 : ?????????????????cbavvvCvv???? 上述變換稱為： abc→ab 變換。當(dāng)矢量 UaL 端點運動至 D 點， Ua 與 Ia 反相， PWM 整流橋的網(wǎng)側(cè)顯現(xiàn)負(fù)電阻特性。al 端點的運動軌跡是以 0 為圓心的 | .alU 為半徑的圓。缺點是： 1) 電流型 PWM 整流器通常要經(jīng)過 LC 濾波器與電網(wǎng)聯(lián)接， LC 濾波器和直流側(cè)的平波電抗器 L1 的重量和體積都比較大； 2) 常