【正文】 ted pletely based on dq mathematical external loop is to control the chargingdischarging current or to control the charging voltage. The inner loop tails the current index of the external loop to realize unity power factor and sinusoidal current structure of program, control algorithm, realization of program. The program has many advantages of simple code, precise calculation and swift response. Keywords: rectifier。storage battery。主要應(yīng)用在交通運輸、通訊、鐵路、電力、礦山、計算機、國防、港口、科研等國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域，其使用量和產(chǎn)量均占所有二次電池的 90%左右，相對于其它蓄電池仍然具有不可代替的地位。傳統(tǒng)的蓄電池充放電裝置大部分采用可控硅整流，這種是一種非線性負荷，會產(chǎn)頻率為工頻頻率的整數(shù)倍的諧波。諧波的危害十分嚴重，它能使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率大大降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個方面： 加大企業(yè)的電力運行成本。 降低了供電的可靠性。諧波電流能使變壓器的銅耗增加，所以變壓器在嚴重的諧波負荷下將產(chǎn)生局部過熱，噪聲增大，從而加速絕緣老化，大大縮短了變壓器、電動機的使用壽命，降低供電可靠性，極有可基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 2 能在生產(chǎn)過程中造成斷電的嚴重后果。電網(wǎng)中含有大量的諧波源（變頻或整流設(shè)備）以及電力電容器、變壓器、 電纜、電動機等負荷，這些電氣設(shè)備處于經(jīng)常的變動之中，極易構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)的諧振條件。 影響通訊系統(tǒng)的正常工作。為了解決傳統(tǒng)蓄電池充放電裝置的諧波污 染問題，可以使用諧波補償裝置來前減少諧波，這對于各種各樣的諧波源來說，都是適用的。這種變流裝置稱為單位功率因數(shù)變流裝置。 PWM 整流器是通過高頻控制開關(guān)管的開通與閉合，使電網(wǎng)輸入電流為正弦波，并且電流和電壓保持同相位或反相位，達到單位功率因數(shù)運行。國內(nèi)在這方面的研究起步較晚，目前同國外的 應(yīng)用和研究水平相比有較大的差距。對基于 PWM 變流器的蓄電池充放電裝置進行控制研究具有非常重要的現(xiàn)實意義，符合建設(shè)資源節(jié)約型社會發(fā)展的需要。該充電裝置質(zhì)量不易保證，處于淘汰狀態(tài)。該裝置輸出電流和電壓波形都很好，但由于功率晶體管工作在線性狀態(tài)，能量消耗大。 晶閘管型：該裝置采用晶閘管作為主要器件，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來調(diào)整流輸出電壓，實現(xiàn)恒流恒壓充電。但其網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低、諧波污染嚴重，體積龐大。 IGBT 和 MOSFET：該類型裝置采用全控型器件 IGBT 和 MOSFET 作為主要器件，通過高頻 PWM 控制開關(guān)管使網(wǎng)側(cè)為單位功率因數(shù)、直流側(cè)為純直流。該類型充電裝置電氣性能優(yōu)越、低損耗，發(fā)展?jié)摿薮?。為了更好地切入蓄電池充放電裝置市場，在保證可靠性和可靠性的前提下，必須盡可能壓縮成本，同時也要考慮生產(chǎn)工藝，確保生產(chǎn)與維護簡單。最后，對樣機進行系統(tǒng)調(diào)試，實驗結(jié)果驗證基于 PWM 的蓄電池充放電裝置控制方法、工程設(shè)計的有效性和優(yōu)越性。先簡要介紹 PWM 整流器的四象限運行原理及其拓撲，再集中介紹三相 PWM 整流器在 abc 三相靜止坐標系和 dq 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學(xué)模型，再介紹前饋解耦和空間矢量控制。 系統(tǒng)硬件設(shè)計包括主電路設(shè)計、控制電路設(shè)計、驅(qū)動電路設(shè)計和保護電路設(shè)計等部分。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 4 系統(tǒng)采用 TI 公司的 TMS320F28035 作為主控芯片。程序具有代碼簡單，運算精度高，響應(yīng)速度快，實時性強等特點。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 5 第 2 章三相電壓型 PWM 整流器的原理及控制 PWM 整流器常見拓撲結(jié)構(gòu) 隨著 PWM 整流器技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，已經(jīng)設(shè)計出多種多樣的 PWM 整流器。 電壓型三相 PWM 整流器拓撲結(jié)構(gòu) 電壓型 PWM 整流器（ Voltage Source Rectifer VSR）最顯著特征就是直流側(cè)采用電容進行儲能，從而使 VSR 直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性。其交流側(cè)沒有中線 ,6 個功率開關(guān)管通過電感與電網(wǎng)相聯(lián)，這是最常用的三相 PWM 整流器，即所謂的三相半橋電路。若三相電網(wǎng)不平衡，則三相半橋電路控制性能將惡化，甚至發(fā)生故障。本課題采用三相半橋整流電路，文中稱為三相 PWM 整流器，其控制算法較為簡單。 圖 CSR 拓撲結(jié)構(gòu) 電流源型 整流器的優(yōu)點是： 1)由于輸出電感的存在，它沒有橋臂直流通過及輸出短路問題； 2) 開關(guān)器件直接對直流電流作脈寬調(diào)制 , 所以其輸入電流控制簡單 , 控制速度快。 PWM 整流器的運行基本原理 PWM 整流器具有非常良好的 :1) 網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)控制 （如單位功率因數(shù)控制）； 2) 交流側(cè)電流為正弦波； 3) 較快的動態(tài)控制響應(yīng)； 4) 電能雙向傳輸。進一步研究表明，由于 PWM 整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)均可控，因而可有源電力濾波和無功補償?shù)确钦髌鲬?yīng)用場合 。 a 相等效電路如圖 24 所示。假定 | .aI |不變， | .alU |=wl| .aI |也不變，則 217。當(dāng)矢量 .alU 端點運 動至 A 點， .aU 超前 ǐa90 度， PWM 整流橋的網(wǎng)側(cè)顯現(xiàn)純電感特性。 當(dāng)矢量 .aU 端點運動至 B 點， .aU 與 .aI 同相， PWM 整流橋的網(wǎng)側(cè)顯現(xiàn)正阻特性。al 端點由 B 點運動至 C 點的過程中， PWM 整流器需要從電網(wǎng)吸收有功和容性無功， PWM 整流器運行在整流狀態(tài)。當(dāng)矢量 .aU 端點由 C 點運動至 D 點的過程中， PWM 整流器需要從電網(wǎng)放出有功和吸收容性無功， PWM 整流器運行在逆變狀態(tài)。當(dāng)矢量 UaL 端點由 D 點運動至 A 點的過程中， PWM 整流器需要從電網(wǎng)放出有功和吸收感性無功， PWM 整流器運行在逆變狀態(tài)。假設(shè)電網(wǎng)電動勢為三相對稱正弦波，網(wǎng)側(cè)電感為線性電感。 Ea ， Eb 和 Ec 為三相對稱電源相電壓， ia， ib 和 ic 為三相相電流， Udc 為直流側(cè)電壓， L 為交流側(cè)濾波電感， R 為電感及關(guān)開管的等效電阻， VT1 至 VT6 開關(guān)管組成三相 PWM 整流橋。 Va+Vb+Vc=0 實質(zhì)上在三維歐氏空間定義了一個子空間 Χ。 VSR dq 模型的建立 上式中相電壓、相電流以及開關(guān)量都是三維矢量，可用 abc → dq 變換將 變換成二維矢量，即： ???????????????????????????????????????????????????cbaroqdcbaroqdcbaroqdmmmCCmmiiiCCiieeeCCee 232323 , 則： ???????????????????????????????????????????????????qdrcbaqdrcbaqdrcbammCCmmmiiCCiiieeCCeee132132132 , 由以上兩式得： 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 12 ???????????????????????????qdrqdrdcqdrqdr iiCRCmmccueeCCiiCCdtdL132123132132 )( 上式兩邊右乘 roCC23 得： ???????????????????????????????????????? ?qdqddcqdqdqdiiRmmueeiidtdLiiL *0110? 將其寫成頻域中的形式為： ?????????????????????????????qddcqdqdmmuiiRLsLLRLsee?? VSR 的 dq 模型見圖 所示。 根據(jù)有沒有引入交流側(cè)電流反饋可分為兩種，引入交流側(cè)電流反饋的稱為直接電基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 13 流控制，沒有引入交流側(cè)電流反饋的稱為間接電流控制。這種控制方法在信號 運算過程中要用到交流電感量 L 和電阻 R 。些外，這種控制方法是基于系統(tǒng)的靜態(tài)模型設(shè)計的，其動態(tài)特性較差。間接電流控制通過運算求出交流端電流指令值，再用交流電流作為反饋量，交流電流跟蹤指令電流值。直接電流控制可分為固定開關(guān)頻率電流控制和滯環(huán)電流控制等。且由于開關(guān)頻率固定，交流側(cè)濾波電感及變壓器設(shè)計方 便。相比之下，而滯環(huán)電流控制則具有較快的電流響應(yīng)速度，且電流誤差只取決于滯環(huán)寬度，與電流變化率無關(guān)。圖 為三相 VSR 固定開關(guān)頻率 PWM 電流控制原理。當(dāng)電流 內(nèi)環(huán)均采用 PI 控制時，無法實現(xiàn)電流無靜差控制。穩(wěn)態(tài)時，三相靜止坐標 abc 中的指令電流為具有一定頻率、相角和幅值的正弦波信號；而二相同步旋轉(zhuǎn)坐標系 dq 中的指令電流為時不變直流信號。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 14 圖 abc 坐標系中三相 VSR 固定開關(guān)頻率 PWM 電流控制原理 而兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系 dq 中的 PI 電流調(diào)節(jié)器可實現(xiàn)電 流無靜差控制，如圖 所示。要求較高的三相 VSR PWM 電流控制，一般優(yōu)先采用同步旋轉(zhuǎn)坐標系中的固定開關(guān)頻 PWM 電流控制方案。由式下式可知， VSR 的 dq 軸變量相互耦合，因而給 控制器設(shè)計造成一定困難。 設(shè) ： dqddilird eLiiisKKu ?????? ?))(( * qdddilirq eLiiisKKu ?????? ?))(( * 用圖表示如圖 所示?？臻g矢量 PWM 控制策略早期由日本學(xué)者在 20 世紀八十年代初針對交流電動機變頻驅(qū)動而提出的其采用逆變器空間電壓矢量的切換 以獲得準圓旋轉(zhuǎn)磁場 。基于固定開關(guān)頻率的 SVPWM 電流控制，利用 dq 同步旋轉(zhuǎn)坐標中電流調(diào)節(jié)器輸出空間電壓矢量指令，再采用 SVPWM 使 VSR 的空間電壓矢量跟蹤電壓矢量指令，從而達到電流控制的目的。下面介紹如何采用 SVPWM 使 VSR 的空間電壓矢量跟蹤電壓矢量指令，也就是使： qqdcdddc umuumu ?? , 寫成 矩陣形式： ?????????????qcqddc uummu 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計 16