【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 6 )(1)( tISCRRtV dcL Ldc ???? （ 214） 由上式可知， CRL? 越 大， )(tVdc 脈動(dòng)幅值越小。 三相電壓型 PWM 整流器的電流控制技術(shù) 目前， 根據(jù)有沒(méi)有引入電流反饋可以將三相 VSR控制方法分為兩種，引入交流電流反饋的稱為直接電流控制，沒(méi)有引入交流電流反饋的稱為間接電流控制。下面分別簡(jiǎn)紹這兩種控制方法的基本原理。 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。 三相 VSR間接電流控制是通過(guò)控制三相 VSR交流側(cè)電壓基波的幅值和相位，進(jìn)而間接控制其網(wǎng)側(cè)電流。這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于控制簡(jiǎn)單。但是動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較慢，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化靈敏。 圖 a相 PWM控制算法的三相 VSR靜態(tài)間接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 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)。如上圖所示，將直流側(cè)電壓進(jìn)行采樣后，與 給定電壓值進(jìn)行比較。通過(guò)電壓 PI調(diào)節(jié)器，輸出三相 VSR交流側(cè)電流峰值指令信號(hào) *mI 。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。由于不可能存在理想變壓器，所以要有濾波環(huán)節(jié)。交流側(cè)電流峰值指令信號(hào) *mI 與待定比例系數(shù) K1,K2，K3進(jìn)行相關(guān)計(jì)算后，再與同步交流側(cè)電壓進(jìn)行控制運(yùn)算，最后輸出三相正弦調(diào)制波信號(hào)。由于只采用了電壓環(huán)，所以存在 電流響應(yīng)慢等缺點(diǎn)。 三相 VSR直接電流控制 三相 VSR直接電流控制是針對(duì)三相 VSR間接電流控制的缺點(diǎn)（動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較慢，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化靈敏）而提出來(lái)的。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。 最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最為廣泛的控制策略是滯環(huán) PWM電流控制，它具有較好的系統(tǒng)穩(wěn)定性和快速性。圖 VSR滯環(huán)電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 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)。外環(huán) PI調(diào)節(jié)器的輸出為直流電流信號(hào) sI ， sI 分別和 a,b,c三相相電壓同相位的正弦信號(hào)相乘，于是可以得到三相交流的正弦指令信號(hào) *ai ， *bi 和 *ci 。由于未發(fā)生相位的改變，因此 *ai ， *bi 和 *ci 分別和各自的電源電位同相位，其幅值與 sI 成正比，這就是 PWM整流器能滿足單位功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)電流內(nèi)環(huán)所需要的交流電流指令信號(hào)。電流內(nèi)環(huán)采用的是非線性環(huán)節(jié) —— 滯環(huán)，交流指令信號(hào)與實(shí)際交流電流信號(hào)進(jìn)行滯環(huán)比較。以 a相為例，當(dāng)實(shí)際電流 2/* haa iii ?? 時(shí)，調(diào)制電路的輸出使系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)輸入電流增大；當(dāng)實(shí)際電流 2/* haa iii ?? 時(shí)，調(diào)制電路的輸出使系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)輸入電流減小。 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。由于加入了電流內(nèi)環(huán)，所以可以提高三相 VSR 限流保護(hù)能力。具體是因?yàn)橄到y(tǒng)在每一個(gè)載波周期都對(duì)電流進(jìn)行比較，因此當(dāng)發(fā)生電流過(guò)大時(shí)，可以快速動(dòng)作保護(hù)。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)。其引腳結(jié)構(gòu)如圖 。 對(duì)于 89C52單片機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)略概述，如下所述： 189C52的工作電壓為 ； 具有 32個(gè)雙向 I/O口； 封裝形式有 PDIP和 PLCC； 重要引腳功能有： 1） RST引腳： 89C52的復(fù)位引腳； 2） ALE/PROG 引腳：在 FLASH編程時(shí)，用于輸入編程脈沖；在其它時(shí)間，輸出正脈沖信號(hào)，且頻率為 1/6； 3） PSEN 引腳：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)； 4） EA 引腳：當(dāng)該引腳為低電平時(shí)，直接訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；當(dāng)該引腳為高電平 8 時(shí)，先訪問(wèn)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 5） XTAL1和 XTAL2引腳：主要是用于組成時(shí)鐘電路。 圖 89C52引腳結(jié)構(gòu) 在本設(shè)計(jì)中， 89C52單片機(jī)的主要有 3個(gè)作用，具體為： 控制 SA8281芯片產(chǎn)生 SPWM波。 與霍爾電壓傳感器一起組成 直流側(cè)電壓檢測(cè)電路。 與電流互感器一起組成交流側(cè)過(guò)電流檢測(cè)電路。 SA8281工作原理簡(jiǎn)介 SA8281是由 MITEL公司生產(chǎn)的一種用于三相 SPWM波發(fā)生和控制的集成電路，基于 SA8281和 89C52 的變頻器具有電路簡(jiǎn)單、功能齊全、性能價(jià)格比高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。 SA8281 采用28腳 DIP和 SOIC封裝兩種形式。其 DIP封裝引腳如圖 。主要分兩類，一類是和微機(jī)處理器接口的控制引腳，另一類是 SPWM脈沖輸出的控制引腳。 圖 SA8281的引腳排列 SA8281各引腳功能簡(jiǎn)介 與微處理器的接口和控制引腳 AD0 和 AD7：數(shù)據(jù)和地址復(fù)用總線。 CS、 WR、 RD、 ALE分別是片選、寫(xiě)、讀和地址鎖存信號(hào)線。 SPWM脈沖輸出和控制引腳為： 9 1） RPHB、 YPHB、 BPHB引腳：分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制 R、 Y、 B的下臂開(kāi)關(guān)管。 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） SET TRIP引腳：通過(guò)該引腳可以快速關(guān)斷所有 SPWM信號(hào)輸出，高電平有效。 4） TRIP 引腳：輸出閉鎖狀態(tài)。當(dāng) SET TRTP 有效時(shí)， TRIP 為低電平，表示輸出已經(jīng)閉鎖。 5） ZPPR引腳：輸出調(diào)制波頻率。 6） WSS引腳：輸出采樣波形。 其他引腳為： 1） RST引腳：硬件復(fù)位引腳，低電平有效。 2） CLK引腳：時(shí)鐘輸入端。 3） VDD和 VSS引腳：正負(fù)電源端。 SA8281的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理分析 SA8281的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 。 圖 SA8281的內(nèi)部結(jié)構(gòu) SA8281與 89C52的接口原理圖如圖 。 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。片選信號(hào) CS 與 ， 89C52的 SA8281的復(fù)位腳 RST ，引腳 INTO 與引腳 TRIP 相連。由于 89C52單片機(jī)沒(méi)有非屏蔽中斷，設(shè)計(jì)時(shí)將所有故障信號(hào)合并后，傳送到 SA8281的 SET TRIP引腳，從而實(shí)現(xiàn)有故障時(shí)的快速閉鎖， 10 并通過(guò)引腳 TRIP產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行故障的處理及恢 復(fù)等工作。為了避免誤閉鎖，所以需要給各故障信號(hào)均加上濾波延遲電路，合并后的故障信號(hào)進(jìn)一步經(jīng)由單穩(wěn)電路構(gòu)成的窄脈沖消除電路以消除干擾脈沖的影響。 通過(guò)軟件設(shè)定載波頻率、調(diào)制頻率、最小脈寬、調(diào)制比、死區(qū)時(shí)間等工作參數(shù)后，只有當(dāng)輸出頻率或幅值等需要改變時(shí)才需 89C52的干預(yù)，單片機(jī)只用很少的時(shí)間去控制它，因而89C52的主要任務(wù)是保證功率器件在正常的工作條件下運(yùn)行，出現(xiàn)異常情況時(shí)能夠及時(shí)檢測(cè)出故障并閉鎖系統(tǒng)輸出，切斷主回路電源，使系統(tǒng)停止工作，從而保證功率器件不受損壞。 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。對(duì)電感的選取是至關(guān)重要的，如果設(shè)計(jì)中電感的選取過(guò)小，則會(huì)導(dǎo)致輸入電流的諧波含量偏大；如果選取過(guò)大，則會(huì)使整個(gè)控制系統(tǒng)的電流跟蹤速度降低。 對(duì)于三相 VSR交流側(cè)電感參數(shù)的選擇一般有兩個(gè)指標(biāo)。 滿足三相 VSR有功（無(wú)功）功率穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。 圖 ，且穩(wěn)態(tài)時(shí)的 VSR交流側(cè)矢量關(guān)系圖。 圖 VSR交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系 圖 ， E表示電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)， V表 示交流側(cè)控制電壓， LV 表示電感電壓， I表示交流側(cè)電流。 當(dāng)三相 VSR直流側(cè)的電壓 dcv 確定后， VSR交流側(cè)電壓的最大峰值也可以得到確定，即 dcMvV ?max （ 215） 式中， M表示三相 PWM相電壓最 大利用率。 當(dāng)調(diào)制方式采用雙極性 SPWM調(diào)制時(shí)，則 M=。當(dāng)采用空間矢量 PWM（ SVPWM）控制時(shí)，則 33?M 。 當(dāng)三相 VSR采用 SPWM控制時(shí)，忽略整流電路的損耗，則： 11 ???????????21sin23c os23MIEqIEpmmmm?? （ 216） 式中： p為交流側(cè)有功功率； q為交流側(cè)無(wú) 功功率； M為相電壓最大利用率； mE 為電網(wǎng)相電動(dòng)勢(shì)峰值； mI 為交流側(cè)基波相電流峰值。 則交流側(cè)電感值為： ? ???? p EvEEEL mdcmmm 2 41s i nc o sc o ss i n 22222 ???? （ 217） 式中： dcv 為整流器直流側(cè)電壓。 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。 ?90?? 時(shí)，純電感特性。電感上限值如下所示： ?? m dcmdcmm I vEq vEEL 224 362 ??? 或 （ 218） ?0?? 時(shí)，單位功率因數(shù)整流。電感上限值如下所示： ?? m mdcmdcm I Evp EvEL 2 44 432222 ??? 或 （ 219） ?90??? 時(shí)，純電容特性。電感上限值如下所示： ?? m mdcmdcm I Evq EvEL 2 2)(4 632 ?? ?? 或 （ 220） ?180??? 時(shí)，單位功率因數(shù)逆變。電感上限值如下所示： ?? m mdcmdcm I Evp EvEL 2 2)(4 432222 ?? ?? 或 （ 221） 滿足三相 VSR瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)。 對(duì)于圖 VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其 a相電壓方程為： )3( ,?????? cbak kdcadcaaa svsveRidtdiL （ 222） 當(dāng)忽略三相 VSR交流側(cè)電阻 R，且令 ???? cbak kdcasa svev ,3/，則化簡(jiǎn)式（ 311）為 adcsaa svvdtdiL ?? （ 223） 12 式中， ks 為二值邏輯開(kāi)關(guān)函數(shù)。 當(dāng)需要抑制諧波電流時(shí)，電流峰值（ 2/???t ）處附近一個(gè) PWM開(kāi)關(guān)周期 sT 中的電流跟蹤瞬態(tài)過(guò)程，其波形如圖 。 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 ，且滿足如下等式： 11)(3 TiLssvEvsv cbdcmdcasa ?????? （ 224） 當(dāng) STtT ??1 時(shí)， 1?as ，且滿足如下等式： 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 ??? 。結(jié)合式（ 235）和式（ 236）可以得到 L的不等式： )(2 )32( m a x mdcdc smmdc Eviv TEEvL ????