【正文】 天的月份)和閏年的日期進(jìn)行調(diào)整，兼有帶AM/PM指示12小時(shí)和24小時(shí)兩種時(shí)間指示格式。DS 1305是Dallas公司推出的串行接口帶報(bào)警實(shí)時(shí)時(shí)鐘，它有20腳的TSSOP, 16腳的DIP兩種封裝方式，工作電壓范圍從2. 0～5. 5V。使得設(shè)計(jì)人員很方便地將浮點(diǎn)算法移植到定點(diǎn)處理器中。(4)為F28xx系列DSP量身定制的IDE(CCS)，使C編譯效率達(dá)到近90%，程序可完全采用C語言編寫。(2)片上存儲(chǔ)器:128K16位FLASH, 18K16位SRAM, 4K16位BootROM , 1 K16位OTPROM，最大地址訪問A空間4M。所以在本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)中采用了TI最新推出的32位定點(diǎn)DSP : TMS320F2812。除了性價(jià)比考慮外，足夠的開發(fā)資料、便宜的開發(fā)裝置、強(qiáng)大的開發(fā)環(huán)境以及周到的售后服務(wù)等也是選擇CPU時(shí)需要考慮的因數(shù)。作為數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，DSP有其專門的開發(fā)工具和軟件，這不是一般高性能通用微處理器的系統(tǒng)可以替代的。 數(shù)字信號(hào)處理器DSP (Digital Signal Processor)作為進(jìn)行高速數(shù)字信號(hào)處理的微處理器，采用改善的哈佛結(jié)構(gòu)，提高了運(yùn)算速度，除此以外，還采用流水線技術(shù)、硬件乘法和乘加指令MAC，獨(dú)立的直接存儲(chǔ)器訪問(DMA)總線及其控制器、數(shù)據(jù)地址發(fā)生器(DAG)、定點(diǎn)DSP處理和浮點(diǎn)DSP處理等技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)以DSP為基礎(chǔ)，其型號(hào)為TI公司TMS320F2812，功率開關(guān)器件則采用智能功率模塊(Intelligent Power Module，IPM )，型號(hào)為富士公司的6MBP75RA120。由式( )可得，取一點(diǎn)余量，取為6mH 。文中額定功率為20kW，直流側(cè)負(fù)載電阻取300，直流側(cè)電容選用。一方面，從濾波效果看，C值越大越好；另一方面，從體積、重量、價(jià)格和動(dòng)態(tài)特性看，C值又不宜過大。 由于中間回路與兩端變流器之間存在著復(fù)雜的能量交換過程，目前還沒有簡單實(shí)用的方法來選擇合適的支撐電容的大小。 直流側(cè)電容的設(shè)計(jì)也至關(guān)重要，它的選擇影響著系統(tǒng)的特性及安全性，這是因?yàn)橹绷鱾?cè)電容有以下功能: 1)濾除由器件高頻開關(guān)動(dòng)作造成的直流電壓紋波。從每個(gè)控制周期內(nèi)電流波動(dòng)幅值的要求考慮，上式中，當(dāng)取最大值，取最大2/3時(shí)，波動(dòng)最大，此時(shí)滿足:變換上式可得: ()(2)電感不能太大，否則會(huì)降低電流的跟蹤速度。設(shè)計(jì)交流側(cè)電感應(yīng)考慮以下兩個(gè)方面:(1)電感設(shè)計(jì)不能太小，否則輸入電流的諧波過大。在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，直流側(cè)電壓選定后，交流側(cè)電感的設(shè)計(jì)對(duì)電源電流波形影響很大，一方面它影響到輸入電流諧波含量，總的輸入電流諧波畸變率定義為: ()式中為所有諧波電流分量的總有效值，為基波電流有效值。（5)使VSR控制系統(tǒng)獲得了一定的阻尼特性，有利于控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。（3)使VSR具有boost PWM AC/DC變換性能及直流側(cè)受控電流源特性。通過VSR交流側(cè)電壓幅值、相位的PWM控制，或通過VSR交流側(cè)電流幅值、相位的PWM控制均可實(shí)現(xiàn)VSR四象限運(yùn)行。 在VSR系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，交流側(cè)電感的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，這是因?yàn)閂SR交流側(cè)電感的取值不僅影響到電流環(huán)的動(dòng)、靜態(tài)響應(yīng)，而且還制約著VSR輸出功率、功率因數(shù)以及直流電壓。在滯環(huán)電壓控制方式下。 a)，可以看出，要保證續(xù)流二極管只在續(xù)流時(shí)導(dǎo)通，系統(tǒng)完全可控，直流電壓。不僅要滿足負(fù)載對(duì)電壓的要求，而且要能控制流過濾電感L中的電流波形為正弦。 （）令 （）可得基于狀態(tài)空間平均法PWM整流器等效模型: 基于狀態(tài)空間平均法PWM整流器等效模型對(duì)于幅相控制，相角平和調(diào)制系數(shù)m將控制d；，第i相的占空比d，可表示如下: 根據(jù)文獻(xiàn)[11]可得,:這里,；是的穩(wěn)態(tài)值，是的穩(wěn) 態(tài)值，是功率因數(shù)角，表示單位功率因數(shù)。因此，轉(zhuǎn)換部分接近對(duì)稱了，如圖( )所示 一個(gè)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)的調(diào)制波對(duì)進(jìn)行偶拓展得: ()令d I = S k代入方程( )，這樣( )就由帶開關(guān)函數(shù)得方程變?yōu)榱诉B續(xù)方程，如下: （）式中為一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)開關(guān)函數(shù)的平均值，由于開關(guān)函數(shù)是幅值為1的脈沖，所以其平均值等于其占空比。應(yīng)用了傅立葉變換這個(gè)模型，則一個(gè)周期的傅立葉級(jí)數(shù)為: （）對(duì)于一個(gè)SPWM爵自然采樣瓣，在一個(gè)周期內(nèi)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)并不是對(duì)稱的。當(dāng)開關(guān)頻率很高時(shí)，狀態(tài)空間平均法是解決該問題的一種行之有效的方法。 ，第k相下橋臂開關(guān)管導(dǎo)通，上橋臂開關(guān)管關(guān)斷。 2)濾波電感L是線性的，不考慮飽和現(xiàn)象。 三相PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示。a 單相CSRb 三相CSR，可以看出，除了直流儲(chǔ)能電感外，與VSR相比，其交流側(cè)還增加了濾波電容，與網(wǎng)側(cè)電感組成LC濾波器，濾除網(wǎng)側(cè)諧波電流，并抑制諧波電壓。 軟開關(guān)調(diào)制VSR電路拓?fù)?，橋式并?lián)諧振網(wǎng)絡(luò)由諧振電感、諧振電容、功率開關(guān)V7以及續(xù)流二極管,組成，,，為直流側(cè)開關(guān)，作用是將直流側(cè)與諧振網(wǎng)絡(luò)和交流側(cè)隔離。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中以多個(gè)功率開關(guān)串聯(lián)使用，并采用二極管箱位以獲得交流輸出電壓的三電平調(diào)制，因此，三電平VSR在提高耐壓等級(jí)的同時(shí)有效的降低了交流側(cè)諧波電壓、電流，從而改善了其網(wǎng)側(cè)波形品質(zhì)。此外，由于VSR交流側(cè)輸出電壓總在二電平上切換，當(dāng)開關(guān)頻率不高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致諧波含量相對(duì)較大。因此，三相全橋VSR實(shí)際上是由三個(gè)獨(dú)立的單相全橋VSR組合而成的，當(dāng)電網(wǎng)不平衡時(shí)，不會(huì)嚴(yán)重影響PWM整流器控制性能，由于三相全橋電路所需的功率開關(guān)管是三相半橋電路的兩倍，所以三相全橋電路一般較少采用。、全橋VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)a 三相半橋VSRb 三相全橋VSR 三相VSR電路拓?fù)?a為三相半橋電壓型PWM整流器拓?fù)?，這是一種最常見的三相PWM整流器，其交流側(cè)采用三相對(duì)稱無中線連接，3個(gè)橋臂具有6只功率開關(guān)。然而，在相同的交流側(cè)電路參數(shù)條件下，要使單相半橋VSR和單相全橋VSR獲得同樣的交流側(cè)電流控制特性，半橋電路直流電壓應(yīng)是全橋電路直流電壓的兩倍，因此功率開關(guān)耐壓要求相對(duì)提高。a 單相半橋VSRb 單相全橋VSR由圖知，單相半橋VSR只有一個(gè)橋臂為功率開關(guān)，另一橋臂由兩個(gè)電容串聯(lián)組成，兩串聯(lián)電容兼做直流側(cè)儲(chǔ)能電容；而單相全橋VSR的兩橋臂都采用功率開關(guān)，圖中的反并聯(lián)的二極管為續(xù)流二極管，用來緩沖PWM過程中的無功電能。 PWM整流器電路拓?fù)銹WM分類方法很多，但最基本的分類方法是將其分為電壓型PWM整流器(Voltage Source Rectifier, VSR)和電流型PWM整流器(Current SourceRectifier, CSR)兩大類，這主要是因?yàn)殡妷盒?、電流型PWM整流器，無論是在主電路結(jié)構(gòu)、PWM信號(hào)發(fā)生以及控制策略等方面均有各自的特點(diǎn)，且兩者間存在電路上的對(duì)偶性。(4)當(dāng)電壓矢量V端點(diǎn)在圓軌跡DA上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWM整流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)。此時(shí)PWM整流器向電網(wǎng)傳輸有功及容性無功功率，電能將從PWM整流器直流側(cè)傳輸至電網(wǎng)。當(dāng)PWM整流器運(yùn)行至C點(diǎn)時(shí)，此時(shí)，PWM整流器將不從電網(wǎng)吸收有功功率，而只從電網(wǎng)吸收容性無功功率。 (2)當(dāng)電壓矢量v端點(diǎn)在圓軌跡BC上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWM整流器運(yùn)行于整流狀態(tài)。值得注意的是，當(dāng)PWM整流器運(yùn)行在B點(diǎn)時(shí)，則實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)整流控制。上述中的A, B, C, D四點(diǎn)是PWM整流器四象限運(yùn)行的四個(gè)特殊工作狀態(tài)點(diǎn)進(jìn)一步分析，可得PWM整流器四象限運(yùn)行規(guī)律:(1)當(dāng)電壓矢量V端點(diǎn)在圓軌跡AB上運(yùn)動(dòng)時(shí)，PWM整流器運(yùn)行于整流狀態(tài)。當(dāng)電壓矢量V端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)，電流矢量I超前電動(dòng)勢(shì)矢量E900，此時(shí)，PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈純電容特性， c所示。假設(shè)不變，也是固定不變，此時(shí)，PWM整流器交流電壓矢量V端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為一個(gè)以為半徑的圓。穩(wěn)態(tài)條件下，PWM整流器交流側(cè)矢量關(guān)系如圖2. 2所示 a純電感特性運(yùn)行 b正阻特性運(yùn)行 c純電容性運(yùn)行 d負(fù)阻特性運(yùn)行 整流器交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系: ,交流電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量；,交流側(cè)電壓矢量；，交流側(cè)電感電壓矢量；，交流側(cè)電流矢量。下面從模型電路交流側(cè)入手，分析PWM整流器的運(yùn)行狀態(tài)和控制原理。,為模型電路直流側(cè)電壓、電流。功率開關(guān)橋路為電壓型或電流型橋路組成。以及網(wǎng)側(cè)電感L等。從圖2. 1可以看出，PWM整流器模型電路是由交流回路、功率開關(guān)橋路和直流回路組成的。單位功率因數(shù)指的是:當(dāng)PWM整流器運(yùn)行于整流狀態(tài)時(shí)，網(wǎng)側(cè)電壓、電流同相位(正阻特性)；當(dāng)PWM整流器運(yùn)行于有源逆變狀態(tài)時(shí)，其網(wǎng)側(cè)電壓、電流反相(負(fù)阻特性)。 PWM整流器的工作原理PWM整流器是與傳統(tǒng)整流裝置關(guān)鍵性的不同之處是用全控型功率器件取代了半控型功率開關(guān)或二極管，以PWM斬波控制整流取代了相控整流或不可控整流，因此，PWM整流器具有下列優(yōu)越性能: (1)網(wǎng)側(cè)電流為正弦波； (2)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可控或?yàn)閱挝还β室驍?shù)； (3)電能雙向流動(dòng)； (4)較快的動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)。52第二章 PWM整流器的工作原理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及數(shù)學(xué)模型本章先對(duì)PWM整流器的工組原理進(jìn)行詳細(xì)的分析，剖析其改善功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)的原因，在此基礎(chǔ)上，闡述了多種PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并加以比較說明。，著重對(duì)電路設(shè)計(jì)用到的傳感器和開關(guān)管進(jìn)行比較和選擇，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路，直流電壓、交流電流采樣及電網(wǎng)電壓同步信號(hào)采樣電路和DSP控制電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過對(duì)電壓型PWM整流器的工作原理進(jìn)行了比較詳細(xì)的分析，建立了整流器的數(shù)學(xué)模型，為后面的分析提供了理論基礎(chǔ)。(6)提高直流側(cè)電壓利用率，擴(kuò)大調(diào)制波的控制范圍。(4)降低系統(tǒng)的開關(guān)損耗，提高整個(gè)裝置的效率。(2)提高功率因數(shù)，減少整流的非線性，使之對(duì)電網(wǎng)而言相對(duì)是“純電阻”負(fù)載。近年來，有關(guān)PWM整流器高頻整流控制技術(shù)的研究圍繞在以下幾個(gè)方面:(1)減少交流側(cè)輸入電流畸變率，降低其對(duì)電網(wǎng)的負(fù)面效應(yīng)。目前，電流型PWM整流器的研究主要集中在數(shù)學(xué)建模及特征分析、網(wǎng)側(cè)電流畸變和諧振抑制及控制策略、網(wǎng)側(cè)濾波參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和不平衡電網(wǎng)條件下的控制設(shè)計(jì)等上。 (5)對(duì)電流型PWM整流器的進(jìn)一步研究 隨著超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，電流型PWM整流器克服了自身的一些缺陷，在近些年里取得了成功應(yīng)用。這一新穎的控制方案以電感、電容儲(chǔ)能的定量關(guān)系建立了Lyapunaov函數(shù)，并由三相PWM整流器的dq模型以及相應(yīng)的空間矢量PWM約束條件，推導(dǎo)出相應(yīng)的控制算法。④基于Lyapunov穩(wěn)定理論的PWM整流器控制針對(duì)PWM整流器的非線性多變量強(qiáng)禍合的特點(diǎn)，常規(guī)的控制策略和控制器的設(shè)計(jì)一般采用穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)小信號(hào)擾動(dòng)線性處理方法，這種方法的不足之處是無法保證控制系統(tǒng)大范圍擾動(dòng)的穩(wěn)定性。因此，又有學(xué)者提出了正、負(fù)序雙旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系控制，該方法實(shí)現(xiàn)了無靜差控制。即通過負(fù)序分量地前饋控制來抑制電網(wǎng)負(fù)序分量地影響。 為了能使整流器在電網(wǎng)不平衡條件下仍能正常運(yùn)行，有學(xué)者提出了不平衡條件下，網(wǎng)側(cè)電流和直流電壓的時(shí)域表達(dá)式，認(rèn)為電網(wǎng)負(fù)序分量使導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)電流畸變的原因。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)不平衡時(shí)，以三相電網(wǎng)平衡為約束所設(shè)計(jì)的整流器會(huì)出現(xiàn)不正常運(yùn)行，表現(xiàn)為:PWM整流器直流側(cè)電壓和交流側(cè)的低次諧波幅值增大，且產(chǎn)生非特征波形，同時(shí)損耗相應(yīng)增大。③電網(wǎng)不平衡條件下的PWM整流器控制一般的策略研究總是假設(shè)電網(wǎng)是平衡的。這一研究主要包括兩類電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)重構(gòu)方案:一種是通過功率估計(jì)另一種是通過電流的偏差求導(dǎo)重構(gòu)電動(dòng)勢(shì)。其基本方法是根據(jù)時(shí)間最優(yōu)控制算法求解出跟蹤指令電流所需的最優(yōu)控制電壓，并在動(dòng)態(tài)過程中降低無功分量的響應(yīng)速度，提高有功分量的響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間最優(yōu)控制。而有功、無功分量間的動(dòng)態(tài)禍合和PWM電壓利用率的約束，影響了電壓型PWM整流器有功分量的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。此外，控制策略上還出現(xiàn)了狀態(tài)反饋控制。為了提高電壓利用率并降低損耗，基于空間矢量的PWM控制在電壓型PWM整流器中取得了廣泛的應(yīng)用，并提出了多種方案。由于間接電流控制的網(wǎng)側(cè)電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，且對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化靈敏，因此這種控制策略己經(jīng)逐步被直接電流控制策略取代。在PWM整流器技術(shù)發(fā)展過程中，電壓型PWM整流器網(wǎng)側(cè)電流控制策略主要分成兩類:；另一類就是目前占主導(dǎo)地位的直接電流控制策略。此外，在大功率PWM整流器設(shè)計(jì)上，還研究了基于軟開關(guān)(ZVS, ZCS)控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相應(yīng)的控制策略，這一技術(shù)有待進(jìn)一步完善。與普通并聯(lián)不同的是，每個(gè)并聯(lián)的PWM整流器中PWM信號(hào)采用移相PWM控制技術(shù)，從而以較低的開關(guān)頻率獲得了高效的高頻控制，即在降低損耗的同時(shí)，提高了電流、電壓波形品質(zhì)。多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的PWM整流器主要應(yīng)用于高壓大容量場(chǎng)合。一般Boost型變換器直流側(cè)電壓大于交流側(cè)電壓峰值，為了實(shí)現(xiàn)降壓功能，有學(xué)者對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，并取得了一定的成果。但隨著超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，因?yàn)槌瑢?dǎo)線圈可以直接作為直流儲(chǔ)能電感，電流型PWM整流器在超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)中有更大的優(yōu)勢(shì)。 長期以來，因?yàn)殡妷盒驼髌鹘Y(jié)構(gòu)簡單、損耗較低、控制方便，所以一直是人們研究地重點(diǎn)。電壓型PWM整流器(VSR)最顯著的拓?fù)涮卣魇侵绷鱾?cè)采用電容進(jìn)行電流儲(chǔ)能，從而使VSR直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性。在此基礎(chǔ)上，Hengchun Mao等人又建立了一種新穎的降階小信號(hào)模型，從而簡化了PWM整流器的數(shù)學(xué)模型及特性分析。自從出現(xiàn)基于坐標(biāo)變換的PWM整流器的數(shù)學(xué)模型之后，各