【正文】 ........................ 34 結(jié)論 ......................................................................................................... 34 .................................................. 34 ...................................................... 34 展望 ......................................................................................................... 34 致謝 ..................................................................................................................... 35 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................. 36 附錄 1：英文翻譯（原文部分） ....................................................................... 37 附錄 2： 英文翻譯（譯文部分） ....................................................................... 41 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 概述 功率因數(shù)校正（ PFC）技術(shù)誕生與 20 世紀(jì) 80 年代，它采用的是高頻開關(guān)工作方式，具有體積小，重量輕，效率高，輸入功率因素（ PF）接近１的優(yōu)點(diǎn)，因而受到了人們的關(guān)注。所以說 20 世紀(jì)80 年代是 Boost 功率因素校正年代。但是控制比較復(fù)雜，不適合 200Ｗ以下小容量使用： 20 世紀(jì) 80 年代后期又針對(duì)小容量整流器提出了電壓跟隨器校正技術(shù)，校正器工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式（ DCM），使控制電路大大簡(jiǎn)化，很適合 200Ｗ以下小容量整流器使用，一般不能用在較大功率整流器中。 PWM 整流電路是采用脈寬調(diào)制技術(shù)和全控型器件組成的整流電路 ,能有效地解決傳統(tǒng)整流電路存在的問題。 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的 ,目前使用較廣泛的 PWM法 .前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論 :沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí) ,其效果基本相同 .SPWM 法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ) ,用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形即 SPWM 波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷 ,使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等 ,通過改變調(diào)制波的頻率和幅值 則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。 PWM 控制技術(shù) 一直是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一。 從最初采用模擬電路完成三角調(diào)制 波和參考正弦波比較，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制 SPWM 信號(hào)以控制功率器件的開關(guān)開始，到目前采用全數(shù)字化方案，完成優(yōu)化的實(shí)時(shí)在線吳敏華：?jiǎn)蜗嚯妷盒?PWM 整流 2 的 PWM信號(hào)輸出，可以說直到目前為止， PWM 在各種應(yīng)用場(chǎng)合仍在主導(dǎo)地位，并一直是人們研究的熱點(diǎn)。由此在交流傳動(dòng)及至其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。正弦 PWM已為人們所熟知，而旨在改善輸出電壓、電流 波形，降低電源系統(tǒng)諧波的多重 PWM 技術(shù)在大功率變頻器中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)（如 ABB ACS1000 系列和美國(guó)ROBICON 公司的完美無諧波系列等）；而優(yōu)化 PWM 所追求的則是實(shí)現(xiàn)電流諧波畸變率（ THD）最小，電壓利用率最高，效率最優(yōu)，及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小以及其它特定優(yōu)化目標(biāo)。業(yè)界認(rèn)為，電力電子技術(shù)快速 發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)源于電力電子器件的發(fā)展。這一技術(shù)發(fā)展到 1956年，在晶體管的基礎(chǔ)上又制成了晶閘管，從此開始步入電力電子技術(shù)的新時(shí)代。電力電子技術(shù)取得快速發(fā)展正值 80 年代后期，隨著以計(jì)算機(jī)為核心的微電子技術(shù)與電力電 子技術(shù)的高電壓、大電流技術(shù)的發(fā)展與結(jié)合，一方面誕生了多種具有自關(guān)斷功能的器件，形成了一個(gè)新型的全控型電力電子器件家族；另一方面又涌現(xiàn)了一批多功能的控制模塊。其表現(xiàn)是，一方面原有各新型電力電子器件額定參數(shù)不斷提高；另一方面 在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助和創(chuàng)新機(jī)制推動(dòng)下，目前，我國(guó)電力電子技術(shù)的研究已從吸收消化和一般跟蹤，發(fā)展到前沿跟蹤和基礎(chǔ)創(chuàng)新，推出了諸多科研成果。 20MVA 靜止無功發(fā)生器工業(yè)試驗(yàn)樣機(jī)，獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)； 通過專家鑒定的磁懸浮概念車的研究取得階段性成果；在交流勵(lì)磁發(fā)電的研究方面也獲得良好的進(jìn)展。這些成果和研究對(duì)提高我國(guó)電力電子行業(yè)的學(xué)術(shù)水平、提升電源產(chǎn)品的技術(shù)含量、趕超世界先進(jìn)水平和增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力具有非常重要的意義。專家評(píng)估認(rèn)為，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在應(yīng)用基礎(chǔ)研究深度方面的差距至少為5~10 年；在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備、工人素質(zhì)、持續(xù)創(chuàng)新能力和公司體制等綜合實(shí)力方面的差距約為 10~15 年；特別是對(duì)電源產(chǎn)品和裝置性能有極其重要影響的新型場(chǎng)控器件的芯片制造技術(shù)，目前還處于非常落后的狀態(tài)。為此，我國(guó)電力電子行業(yè)未來幾年開展研究的重點(diǎn)領(lǐng)域應(yīng)是進(jìn)一步提高電能變換效率，降低待機(jī)損耗；避免電力公害，盡量減少網(wǎng)側(cè)電流諧波，并使網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近 1；提高電源裝置和系統(tǒng)的電磁兼容性；降低電噪聲；通過實(shí)施高頻化、元件小型化和先進(jìn)工藝，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的小型化和輕量化。其副邊的整流電路形式主要有：全橋、全波、倍流等方式。對(duì)于輸出電壓不高的場(chǎng)合，全波電 路由 于其元件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。倍流整流方式則可以克服上述缺點(diǎn)。 其中電路采用 數(shù)字控制方法， DSP 采樣輸出電壓和電感電流，采用電壓電流雙閉環(huán)，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓并且提高系統(tǒng)的性能。此 DSP 高達(dá) 60MHZ 的頻率，使其能滿足系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)性的要求。 PWM 模塊可以輸出 6 路 PWM 波，非常適用于電機(jī)控制。同時(shí)，為防止可能出現(xiàn)的積分飽和的情況，在算法中加入了抗飽和環(huán)節(jié)。 (2)了解電流滯環(huán)比較法控制原理。 (3)研究以前的論文，來改進(jìn)研究?jī)?nèi)容，最后驗(yàn)證整流任務(wù)，看是否達(dá)到了目的。廣泛地用于電動(dòng)機(jī)調(diào)速和閥門控制，比如我們現(xiàn)在的電動(dòng)車電機(jī)調(diào)速就是使用這 種方式。 PWM 控制原理和應(yīng)用 PWM 控制的基本原理 f ( t )?? ( t )tOa ) b ) c ) d )tOtOtOf ( t )f ( t )f ( t ) 圖 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 在采樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。這里所說的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。其中如 為矩形脈沖，圖 為三角形脈沖，圖 為正弦半波脈沖，但它們的面積 都等于 1,，那么，當(dāng)它們分別加在具有慣性的同一個(gè)環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。 圖 。該輸入加在可以看出慣性環(huán)節(jié)的 RL 電路上，設(shè)其電路 i(t)為電路的輸出，圖 給出了不同的窄脈沖時(shí) i(t)的波形。脈沖越 窄，個(gè) i(t)波形的差異也越小。上述原理可以稱之為面積等效原理，它是 PWM 控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。 把圖 的正弦波分成 N 等份，就可以把正弦半波看成是有 N 個(gè)彼此相連的脈沖序列所組成的波形。如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等副而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖相應(yīng)的正弦波部分面積相等，就得到圖 b 所示的脈沖序列?？梢钥闯?，個(gè)脈沖的幅值相等，而寬度是按正弦波規(guī)律變換的。對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到 PWM 波形。 ? tOua )b )圖 6 3Ou? t 吳敏華：?jiǎn)蜗嚯妷盒?PWM 整流 6 圖 PWM 波代替正弦波 要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按照同一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。由直流電源產(chǎn)生的 PWM 波通常是等幅 PWM 波。其 PWM 波都是又直流源產(chǎn)生的，由于直流源電源幅值基本恒定，因此 PWM 波是等幅的。 PWM 計(jì)算法和調(diào)制法 (1)計(jì)算法 根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算 PWM 波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需 PWM 波形繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化 。 調(diào)制信號(hào)不是正弦波，而是其他所需波形時(shí)，也能得到等效的 PWM 波 。 把 fr 范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè) 頻段內(nèi)保持 N 恒定，不同頻段 N 不 同，在 fr 高的頻段采用較低的 N， 使載波頻率不致過高在 fr 低的頻段 采用較高的 N，使載波頻率不致過低 為防止 fc 在切換點(diǎn)附近來回跳動(dòng)，采 用滯后切換的方法同步調(diào)制比異步調(diào) 制復(fù)雜，但用微機(jī)控制時(shí)容易實(shí)現(xiàn) 圖 6 10u cu rU u rV u rWuu UN 39。OttttOOOu WN 39。 圖 同步調(diào)制三相 PWM 波形 規(guī)則采樣法 按 SPWM 基本原理，在正弦波和三角波的自然交流電時(shí)刻控制功率器件的通斷，這種生成 SPWM 波形的方法稱為自然采樣法。但這種方法要求解復(fù)雜的超越方程，在采用微機(jī)控制技術(shù)時(shí)需花費(fèi)大量的計(jì)算時(shí)間，難以在實(shí)時(shí)控制中在線計(jì)算，因而在工程上實(shí)際應(yīng)用不多。圖 為規(guī)則采樣法說明圖。如 圖所示，三角波的負(fù)峰時(shí)刻 tD 對(duì)正弦信號(hào)波 采樣得 D 點(diǎn)，過 D 作水平直線和三角波分別 交于 A、 B 點(diǎn)，在 A 點(diǎn)時(shí)刻 tA 和 B 點(diǎn)時(shí)刻 tB 控制開關(guān)器件的通斷。 式中， a 稱為調(diào)制度， 0≤a1； wr 為信號(hào) 波角頻率。 常用的有滯環(huán)比較方式和三角波比較方式 。?? 39。 Drcc taTT ??? ????吳敏華：?jiǎn)蜗嚯妷盒?PWM 整流 8 U iDCLQRu Lu ou di ii L1 / U m乘法器P IU dU ’ d U * o+I * LU oi L+電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)i * L 圖 滯環(huán)比較法控制的原理框圖 基本原理 是： 電壓外環(huán)的任務(wù)是得到可以實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的電感電流指令值 i*L,給定輸出電壓 u*o 減去測(cè)量到的實(shí)際輸出電壓 uo 的差值，經(jīng) PI調(diào)節(jié)器后輸出電感電流的幅值指令 I*L，測(cè)量到的整流橋出口電壓 ud 除以其幅值 Um 后，可以得到表示 ud 波形的量 U’d，U’d為幅值為 1 的正弦波，相位與 ud 相同， I*L 與 u*d 相乘，便可以得到電感電流的指令值 i*L。電流內(nèi)環(huán)的任務(wù)是通過控制開關(guān)管 Q 的通斷，使實(shí)際的電感電流 iL跟蹤其指令值 i*L。根據(jù)電感電流的公式，當(dāng) Q 導(dǎo)通是電感電流增大，二當(dāng) Q 關(guān)斷時(shí)電感電流減小。若差值 △ ilmin（ △ Ilmin0），則令 Q 關(guān)斷，以減小 iL。 (2)三角波比較方式 基本原理 是： 通常把三角波作為載波 uc，調(diào)制信號(hào)作為信號(hào)波 ur，兩種進(jìn)行比較產(chǎn)生脈沖波，來作為可控器件的脈沖信號(hào)，具體不再詳細(xì)闡述。 IGBT、電力 MOSFET 等為代表的全控型器件的不斷完善給 PWM 控制技術(shù)提供了強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)，直流斬波電路實(shí)際上就是直流 PWM 電路，是 PWM 控制技術(shù)應(yīng)用較早也成熟較早的一類電路，應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)就構(gòu)成廣泛應(yīng)用的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。 PWM 控制技術(shù)用于逆變電路 PWM 控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最具代表性，正是由 于在逆變電路中廣泛而成功華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 的應(yīng)用，才奠定了 PWM 控制技術(shù)在電力電子技術(shù)中的突出地位，除功率很大的逆變裝置外，不用 PWM 控制的逆變電路已十分少見。 PWM 控制技術(shù)與相位控制技術(shù) 以相控整流電路和交流調(diào)壓電路為代表的相位控制技術(shù)，電力電子電路中仍占據(jù)著重要地位，以 PWM 控制技術(shù) 為代表的斬波控制技術(shù)正在越來越占據(jù)著主導(dǎo)地位相位控制和斬波控制分別簡(jiǎn)稱相控和斬控，把兩種技術(shù)對(duì)照學(xué)習(xí)。它的顯著特點(diǎn)是電路工作在連續(xù)導(dǎo)電模式（ CCM） ,功率因素校正電路可以獲得較大的功率轉(zhuǎn)換容量，適合于 200W 以上逆變器應(yīng)用，是一種技術(shù)比較成熟的 PFC電路。直流濾波電容的值越大 ? RLCd 的值就越大，功率因素就越低。滿足上述這些要求的有源 校正電路，通過設(shè)計(jì)，幾乎所有類型的 DC/DC 開關(guān)變流器都可以實(shí)現(xiàn)功率因素校正。這就是說：所謂的有源功率因素校正電路實(shí)際上就是就是接在整流器與直流濾波電容之間的，采用 PWM 控制的 Buck、 Boost、BuckBoost、 Cuk,Sepic、 Zet