【導讀】電力電子技術的高速發(fā)展，使得功率半導體開關器件的性能也在不斷提高，尤其是20世紀90年代發(fā)展起來的智能型功率模塊開創(chuàng)了功率半導。置在國民經(jīng)濟各領域中起著重要的作用。不過，目前這些變流裝置中的很大一。管不控整流電路或晶閘管相控整流電路，所以對電網(wǎng)注入了大量的諧波和無功，造成了嚴重的電網(wǎng)“污染”。要想治理這種“污染”，最根本的措施就是使變。流裝置的網(wǎng)側(cè)電流實現(xiàn)正弦化，并運行于單位功率因數(shù)。對此，大量學者為此。其核心思想就是，在整流器的控制中引入PWM技術，使。不同拓撲結(jié)構(gòu)的PWM整流器。本設計只用到可逆PWM整流器及其控制策略，以。下文中所指PWM整流器都是指可逆PWM整流器。方法就主電路的拓撲結(jié)構(gòu)而言，都在電壓型和電流型PWM整流器之列。種新穎的降階小信號模型，從而簡化了PWM整流器的數(shù)學模型及特性分析。對于大功率PWM整流器，其拓撲結(jié)構(gòu)的研究主要是集中。的電壓型PWM整流器進行串聯(lián)移相組合，以應用于高壓大容量的場合。

　　

【正文】 下橋臂 IGBT 導通。 K=a， b， c。 根據(jù)上述定義，總共有 8種工作狀態(tài)：（ 000）、（ 001）、（ 010）、（ 011）、（ 100）、（ 101）、（ 110）、（ 111），即 ~ 。 8種開關狀態(tài)依次代入到式（ 42）中，可以得到模為 ，相位依次相差 的 6 個非零矢量 ~ 和兩個零矢量 、 。電壓空間矢量的分布位置 如圖 42 所示?？臻g矢量 PWM 控制就是通過分配電壓空間矢量（尤其是零矢量）的作用時間，最終形成等幅的不等寬的 PWM 脈沖波，實現(xiàn)追蹤磁通的圓形軌跡。 αⅠ)001(1V)100(4V)10 1(5V )11 1(7V)00 0(0V)010(2V)011(3V)110(6VⅡⅢⅣⅤⅥβ?U?UsTV * 12TV23TV圖 4 2 電 壓 空 間 矢 量 分 布θ 以圖 42 所示 矢量所處的位置為例，產(chǎn)生 PWM 輸出的一個簡便方式就是利用扇區(qū) Ⅲ 的相鄰矢量 和 ,使其各自工作部分時間，而使 平均輸出滿足參考矢量的要求。 電壓空間矢量的簡化算法 為了避免傳統(tǒng)算法中的反正切計算，可以采用一種電壓空間矢量的簡化算法，可直接采用參考電壓來判斷扇區(qū)和作用時間。 扇區(qū)的確定 為了計算電壓合成空間矢量的區(qū)間號 （ sector=1,2?? 6） ，定義一種新的二相到三相的變換，其中 、 是空間矢量 在α，β軸上的坐標值。 { (√ ) ( √ ) (43) 若： 0，則 A=1，否則 A=0， 0，則 B=1，否則 B=0， 0，則 C=1，否則 C=0。 設 sector=A+2B+4C 當 sector=3 時，則 位于圖中所示的Ⅰ扇區(qū)， 當 sector=1 時，則 位于圖中所示的Ⅱ扇區(qū)， 當 sector=5 時，則 位于圖中所示的Ⅲ扇區(qū)， 當 sector=4 時，則 位于圖中所示的Ⅳ扇區(qū)， 當 sector=6 時，則 位于圖中所示的Ⅴ扇區(qū)， 當 sector=2 時，則 位于圖中所示的Ⅵ扇區(qū)。 開關矢量及作用時間的確定 為了保證系統(tǒng)能在各種情況下，每次的切換都只涉及到一個開關，電壓空間矢量需要采用七段空間矢量合成方式 ,即每個矢量均以（ 000）開始和結(jié)束，中間零矢量為（ 111），非零矢量保證每次只切換一個開關，如下表所示。 因為后三段的矢量及作用時間與前三段時間對中間零矢量（ 111）對稱，所以簡化了計算，表 41 中只列出了前三段的矢量。 表 41 各扇區(qū)空間矢量及其開關時間表 時間 扇區(qū) 零矢量 矢量 1 矢量 2 零矢量 Ⅰ 000 100 110 111 Ⅱ 000 010 110 111 Ⅲ 000 010 011 111 Ⅳ 000 001 011 111 Ⅴ 000 001 101 111 Ⅵ 000 100 101 111 根據(jù)參考電壓，可以直接計算空間矢量在各個扇區(qū)的工作時間。以圖 42所示位置為例，參考電壓 由其所在的扇區(qū)的兩個相鄰矢量 和 合成 。 (44) (45) (46) 式中： 為開關周期； 為直流側(cè)的電壓矢量。 、 是 、 矢量在一個開關周期中的持續(xù)時間。 則有 （ 47） 令 與 的夾角為θ，由正弦定理可得 | | | | | | （ ） （ 48） 又因為 | | | | ,則聯(lián)立式（ 47）、（ 48）可得 { ( ) ( ) （ 49） 式中 m為 SVPWM 調(diào)制系數(shù)，并且 √ | | （ 410） 在其他的各個扇區(qū)都均有此類似的關系。根據(jù)以上的關系進行推導歸納總結(jié)， ， 可以通過下面的計算形式并結(jié)合合成電壓矢量所在的扇區(qū)進行判斷。 √ (47) √ (48) √ (49) 電壓矢量的作用時間按照扇區(qū)號來分配，如下表 42所示。 表 42 電壓矢量作用時間 扇區(qū) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Z Z X X Y Y X Y Y Z Z X SVPWM的算法流程圖 系統(tǒng)主程序的設計 系統(tǒng)的主程序主要完成系統(tǒng)運行前的初始化與準備操作，如系統(tǒng)的時鐘設置，芯片內(nèi)部的一些寄存器的定義與初始化，對集成外設控制寄存器的設置，選擇外設模塊的工作方式等，并在這些工作完成后調(diào)用相應的子程序啟動系統(tǒng)。下圖 43 為系統(tǒng)主程序的流程圖。 開始系統(tǒng)初始化啟動 A / D 轉(zhuǎn)換A / D 轉(zhuǎn)換讀出采樣值坐標變換與 PI 調(diào)節(jié)SV PW M 算法輸出 SV PW M 脈沖圖 4 3 系統(tǒng)主程序流程圖 A/D 采樣子程序 主程序完成系統(tǒng)的初始化工作之后，會根據(jù)相應控制寄存器的設計，在通用定時器 1減數(shù)至 0時，會產(chǎn)生下溢事件，并以這個事件作為 A/D 采樣轉(zhuǎn)換的啟動信號。 A/D 模塊要同時輸入三相交流電壓 、 、 ，三相交流電流 、 、 和直流側(cè)的輸出電壓 ，并進行采樣轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束之后，產(chǎn)生的 A/D 轉(zhuǎn)換中斷，會在該中斷子程序中，讀取 A/D 模塊的轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器，就是將采樣值讀出，并將采樣值送入到相應的處理環(huán)節(jié)，比如 PI調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)、坐標變換環(huán)節(jié)等。A/D 采樣子程序的流程圖如下 圖 44 所示。 PI 調(diào)節(jié)子程序與坐標變換 N主程序入口將采樣值送入處理環(huán)節(jié)啟動 T 1 并進行減計數(shù)T 1 下溢中斷啟動A / D 轉(zhuǎn)換事件A / D 轉(zhuǎn)換中斷讀出采樣值A / D 轉(zhuǎn)換結(jié)束圖 4 4 A / D 采樣子程序流程圖Y 在三相 VSR 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中，采用了 Clark 變換、 Park 反變換和 Park 變換。其應用如下： 1. A/D 轉(zhuǎn)換采樣得到的網(wǎng)側(cè)三相交流電壓 、 、 經(jīng) Clark 變換，得到了二相靜止坐標下的電壓矢量 α 、 β 并根據(jù) α 、 β 得到經(jīng)Park 變換后所需的角度； 2. A/D 轉(zhuǎn)換采樣得到的網(wǎng)側(cè)三相交流電流 、 、 經(jīng) Clark 變換、Park 變換后得到二相旋轉(zhuǎn)坐標系下的無功電流分量 和有功電流分量 ； 3. 按照系統(tǒng)給定值進行閉環(huán)運算，包括 PI調(diào)節(jié)； 4. 電流和電壓雙閉環(huán)的運算結(jié)果經(jīng) Park 反變換，得到了 SVPWM 算法所需要的入口參數(shù)，即 α 、 β 。 坐標變換與 PI 調(diào)節(jié)子程序的流程圖如下 圖 45 所示。 A / D 中斷出口出口參數(shù)送入S V P W M 模塊采樣數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換坐標變換與給定比較產(chǎn)生偏差PI 調(diào)節(jié)坐標變換圖 4 5 PI 調(diào)節(jié)與坐標變換流程圖 SVPWM 的子程序 前面敘述了 SVPWM 的簡化算法，下圖 46 是 SVPWM 的算法流程圖。 坐標變換與 PI 調(diào)節(jié)出口輸出 SV PWM 波形取電壓矢量確定作用矢量與旋轉(zhuǎn)方向計算向量的作用時間送入比較寄存器芯片內(nèi)部 PWM 電路運算空間矢量扇區(qū)確定圖 4 6 SV PWM 的算法流程圖 第五章 總結(jié) PWM 整流器具有低諧波污染、恒定直流電壓、高功率因數(shù)等優(yōu)點，采用 PWM整流器技術，使得系統(tǒng)具有了網(wǎng)側(cè)電流接近正弦波，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)近似為 1，較快的動態(tài)響應，電能雙向傳輸?shù)仍S多優(yōu)點，因此，在電力系統(tǒng)無功補償、有源濾波、太陽能發(fā)電、交直流傳動系統(tǒng)以及潮流控制等領域中，具有越來越廣闊的應用前景。本設計重點從理論著手，對 PWM 整流器的空間矢量的控制策略進行了研究，具體工作如下： 1. 介紹了 PWM 整流器的簡單情況，具體分類和目前對 PWM 整流器的研究現(xiàn)狀。 2. 具體闡述了 PWM 整流器的工作原理。 3. 建立了三相 VSR 的數(shù)學模型，包括 三相 VSR的一般數(shù)學模型和 dq模型的建立。 4. 設計了三相 VSR 的控制系統(tǒng)，包括電流內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)的設計和電壓外環(huán)控制系統(tǒng)的設計。 5. 對三相 PWM 整流器的空間矢量控制進行了具體的研究，分析了電壓空間矢量控制的基本原理，給出了電壓空間矢量的簡化算法，畫出了 SVPWMde 算法流程圖 ,最后基于 DSP 進行了軟件實現(xiàn)，并得出了實驗結(jié)果。 參考文獻 [1]張崇巍 ， 張興 。 PWM 整流器及其控制 [M]。機械工業(yè)出版社， 2021 [2]王兆安，黃俊。電力電子技術 (第 4 版 )[M]。機械工業(yè)出版社， 2021 [3]梁錦澤。三相電壓型 PWM整流器及其控制策略研究 [碩士學位論文 ]。廣東工業(yè)大學， 2021 [4]陳宗輝。三相電壓型 PWM整流器 (VSR)及其控制策略的研究 [碩士學位論文 ]。陜西科技大學， 2021 [5]徐洪慶。三相 PWM整流系統(tǒng)研究 [碩士學位論文 ]。哈爾濱工程大學， 2021 [6]周奎?；陔妷嚎臻g矢量的三相電壓型 PWM整流器控制策略的研究 [碩士學位論文 ]。江蘇大學， 2021 [7]梁京哲，彭智剛，金新民，童亦斌。 三相 PWM整流器電壓空間矢量控制的實現(xiàn) [J]。變頻器世界2021(5):5456 [8]趙葵銀，王輝，吳俊?；?DSP的三相 PWM整流器電壓空間矢量控制的研究 [J]。電力系統(tǒng)通信2021(6):313