三相pwm整流器工作原理及數(shù)學(xué)模型研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-05-04 02:04 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 圖25得電壓環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為由此，得電壓環(huán)中頻寬為由典型Ⅱ型系統(tǒng)控制器參數(shù)整定關(guān)系，得綜合考慮電壓環(huán)控制系統(tǒng)的抗擾性和跟隨性，取，計(jì)算出電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)為 三相VSR的仿真，對三相VSR的PWM整流器建立仿真電路，如圖26所示。 圖26 三相VSR主電路模塊結(jié)構(gòu)其中，控制模塊里封裝著dq與abc之間坐標(biāo)變換電路、電壓電流雙閉環(huán)電路、PWM生成電路等。圖27 控制電路模塊結(jié)構(gòu)圖28 abc—dq變換電路模塊圖29 電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)圖210 電壓外環(huán)結(jié)構(gòu)按照前述計(jì)算給予電路相應(yīng)的參數(shù)，給定直流側(cè)電壓為750V。得到仿真波形圖如下。圖211 網(wǎng)側(cè)電壓波形圖212 網(wǎng)測電流波形圖213 直流側(cè)電壓波形 根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，輸入電流和輸入電壓相位差不大，能達(dá)到較高的功率因數(shù)。從電流波形看。其動態(tài)調(diào)節(jié)過程比較快，能夠迅速跟蹤網(wǎng)側(cè)電壓。直流側(cè)輸出平均電壓為750V，與給定保持一致。3 硬件設(shè)計(jì)三相電壓型PWM整流器的結(jié)構(gòu)框圖如圖31所示?？刂葡到y(tǒng)檢測三相交流側(cè)電源信號和直流側(cè)電壓信號，這些信號經(jīng)過信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成DSP的A/D接口接受范圍內(nèi)的模擬信號，DSP完成輸入電壓信號的A/D轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)變換、PI調(diào)節(jié)、SPWM調(diào)制等控制任務(wù)，DSP輸出的SPWM信號經(jīng)過IPM驅(qū)動電路后送至IPM。圖31 三相電壓型PWM整流電路整體硬件圖 主電路的設(shè)計(jì) 主功率開關(guān)器件的選擇 在大功率電力電子器件的應(yīng)用中，IGBT已取代GTR或者M(jìn)OSFET成為應(yīng)用的主流。IGBT的優(yōu)點(diǎn)在于輸入阻抗高、開關(guān)損耗小、飽和壓降低、開關(guān)速度快、熱穩(wěn)定性能好、驅(qū)動電路簡單等。目前，由IGBT單元構(gòu)成的功率模塊在智能化方面得到迅速發(fā)展，智能功率模塊IPM（Intelligent Power Module）不僅包括基本組合單元和驅(qū)動電路，還具有保護(hù)盒報警功能，以其完善的功能和較高的可靠性為我們創(chuàng)造了很好的應(yīng)用條件，簡化了電路設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的三相電壓型PWM整流器功率為15KW，三相交流輸入電壓相電壓有效值為220V，主功率開關(guān)器件采用IPM來實(shí)現(xiàn)。假設(shè)效率為90%，則每相輸入額定電流有效值為則網(wǎng)側(cè)電流峰值為考慮2倍安全系數(shù)，取IPM的電流額定為100A。最大反向電壓為在式（33）中，是電源線電壓的振幅值，當(dāng)電源相電壓為220V時選。綜合以上分析，選取額定電壓為1200V，額定電流為100A的IGBT模塊。 交流側(cè)電感的設(shè)計(jì) 下面從穩(wěn)態(tài)條件下滿足功率指標(biāo)要求和電流波形品質(zhì)指標(biāo)兩方面討論交流側(cè)電感的設(shè)計(jì)。1） 滿足功率指標(biāo)要求的電感設(shè)計(jì)當(dāng)三相電壓型PWM整流器在最大功率輸出運(yùn)行時，交流側(cè)電壓矢量與電網(wǎng)電動勢矢量相位差，此時，交流側(cè)電感上的電壓值為則流經(jīng)電感的電流值為則每相電網(wǎng)電動勢發(fā)出或者吸收的有功功率為將式（36）帶入（37）得則三相電網(wǎng)電動勢發(fā)出或者吸收的有功功率為，本文設(shè)計(jì)的三相電壓型PWM整流器功率為15KW，為了滿足功率指標(biāo)要求，有由式（39）得將、代入式（310）計(jì)算得 2）滿足瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)時的電感設(shè)計(jì)除了考慮功率指標(biāo)外，電感設(shè)計(jì)還需要考慮滿足瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)的要求，既要抑制紋波電流，也要快速跟蹤電流。為了抑制諧波電流較大的脈動，此時電感應(yīng)足夠大，以滿足抑制諧波電流要求；另一方面，當(dāng)電流過零時，其變化率最大，此時電感足夠小，以滿足快速跟蹤電流的要求。由于此原理較為復(fù)雜，再次不再贅述。查閱相關(guān)資料得到滿足瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)時的電感取值范圍為式（312）中，為PWM開關(guān)周期，為最大允許諧波電流脈動量。欲使上式成立，需要滿足綜上所述，根據(jù)大致計(jì)算，不妨設(shè)。 直流側(cè)電容的設(shè)計(jì) 電壓型PWM整流器直流側(cè)電容主要有以下作用：1）緩沖VSR交流側(cè)與直流側(cè)的無功能量交換；2）抑制直流側(cè)電壓紋波； 3）當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時，支撐直流側(cè)電壓，限定直流電壓的波動。 一般而言，從滿足電壓環(huán)控制的跟隨性指標(biāo)看，VSR直流側(cè)電容應(yīng)盡量小，以確保VSR直流側(cè)電壓的快速跟蹤控制；而從滿足電壓環(huán)控制的抗擾性指標(biāo)分析，VSR直流側(cè)電容應(yīng)盡量大，以限制負(fù)載擾動時的直流電壓動態(tài)降落。但是，當(dāng)滿足直流電壓跟隨性能指標(biāo)時通常不滿足直流電壓抗擾性能指標(biāo)，反之亦然。這就要求在三相VSR電容參數(shù)設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)實(shí)際需要，綜合考慮直流電壓跟隨性和抗擾性性能指標(biāo)，并遵循以下一些準(zhǔn)則：1）直流側(cè)電容的選取應(yīng)使直流電壓保持穩(wěn)定，峰．峰波動值不超過允許值；2）所選擇的電容器的參數(shù)不會影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3）負(fù)載變化的暫態(tài)過程中應(yīng)能盡量減小電壓調(diào)節(jié)的超調(diào)量和過渡時間；4）中間回路的損耗應(yīng)保持最小。對于參數(shù)計(jì)算，此處不作多的敘述，取電容即可。 基于DSP的控制電路硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制主電路采用TMS320LF2407A為核心處理器，再加外圍器件組成。DSP用來完成輸入電壓，輸入電流和輸出電壓的采集，三相abc坐標(biāo)系到dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，SPWM算法的實(shí)現(xiàn)，生成PWM控制波等作用。外圍器件包括兩個外部可讀寫存儲器IS6lL、6416，負(fù)責(zé)存儲輸入/輸出電流及電壓的歷史數(shù)據(jù)存儲：DSP供電電壓的轉(zhuǎn)換，；DSP仿真器接口JTAG；與計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行通信的MAX232。 TMS320F2407芯片的介紹 選擇定點(diǎn)DSP芯片TMS320F2407作為控制電路的處理器，主要是由其專門應(yīng)用于控制的硬件結(jié)構(gòu)和外設(shè)資源決定的。 TMS320系列DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)包括： 1)哈佛結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)是不同于傳統(tǒng)的馮諾曼結(jié)構(gòu)的并行體系結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲在不同的存儲空間中，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是兩個相互獨(dú)立的存儲器，每個存儲器獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問。與兩個存儲器相對應(yīng)的是系統(tǒng)中設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線兩條總線，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。而馮諾曼結(jié)構(gòu)則是將指令、數(shù)據(jù)、地址存儲在同一存儲器中，統(tǒng)一編址，依靠指令計(jì)數(shù)器提供的地址來區(qū)分是指令、數(shù)據(jù)還是地址。取指令和取數(shù)據(jù)都訪問同一存儲器，數(shù)據(jù)吞吐率低。
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