三相电压型 pwm 整流器原理及控制方法（）

1、 能源在当今国民经济飞速发展中起着非 常重要的作用，如何能够合理的开发并且高 效的利用能源是提倡低碳经济的今天急切需 要解决的重要问题。 本课题研究对象是三相电压型 PWM 整流 器，阐述 PWM 整流器的工作原理，并建 立其数学建模，通过运用瞬时无功功率理 论对其进行分析，然后根据项目的设计要 求，设计了电压型 PWM 整流器。 主要性能指标如下： A.输入额定电压220V，额定功率15KW， B.整流器输出的直流电压：650V。 三相电压型PWM整流 器的拓扑结构如右图所示， 其中在所示的电路中三相电 感L起滤波作用，因此交流 侧电流可近似认为是三相正 弦电流，C为直流侧电容， 起稳压滤波

2、的作用，当系统 稳定时，可保持直流母线电 压基本不变，故可看作是直 流电压源。R为线路与开关 管的等效电阻，RL为负载。 R R R L L L a b c RL ia ib ic O C idc iL 1 V T 2 V T 3 V T 4 V T 5 V T 6 V T dc u + - N a u b u c u L e idc udc + - v i 网侧电流 开关管交 流侧的输 入电压 直流侧电压 包括电容、负载在 内的直流侧总电流 空间矢量PWM(SVPWM)控制策略是根 据整流器空间电压矢量切换来控制整流器的 一种新的控制策略。基本原理就是把三相 PWM整流器输入端电压在复平面上

3、转换为空 间电压矢量，通过不同的开关状态组合构成8 个空间矢量去逼近电压圆，从而形成 SVPWM波。 三相电压型 PWM 整流器系统结构图 电 网 B C A R R R L L L O a b c N C 1 VT 2 VT 3 VT 4 VT 5 VT 6 VT dc V + - L R dc i L i a i b i c i ac u 过零信号 检测电路 DSP控制电路 两相电流 传感器 电源 模块 a i b i SVPWM波形 开关器件驱动 与保护电路 直流电压，电流 传感器 检测控制电路 a I dc U 硬件电路设计 o最小系统设计 DSP的最小系统包括时钟电路和复位电路。 时

4、钟电路中，晶振采用10MHz晶振 复位电路采用按键手动复位。 n过零检测电路设计 过零检测电路引自二极管 整流桥的输出端。当二极管整 流桥输出为高电平时，OUTO 输出为低电平，只有当设计中 的二极管整流桥输出为低电平， 即正弦波过零点时，OUT0输 出才为高电平。进入 TMS320LF2407A的捕获 (CAP)单元。通过测量两次上 升沿的间隔时间，可以得到电 网频率，能够很好的防止电网 电压在过零点波动造成的误动 作。 n采样调理电路设计 电流采样器件为 LEM 公司的 LT59-S7 电流传感器，其原边额定电流为 50A， 转化率为 1000:1 电压采样器件也为 LEM 公司的 LV2

5、8- P 电压传感器，其原边额定电流为 10mA，转化率为 2.5:1 温度检测电路设计 NTC热敏电阻的主要特点是: u 灵敏度较高; u 工作温度范围宽，适用于- 55125，玻璃封装适 用温度达200; u 体积小，能够测量其他温度计 无法测量的空隙、腔体及生物 体内血管的温度; u 使用方便等特点。 当检测到的温度在85以上时，就认为发生 过热故障，DSP封锁IGBT的驱动信号，从而 实现了保护模块不受损坏。 nIPM保护及其接口电路 IPM驱动电源要求的范围是13.5V 16.5V，最好是在15V值下工作，当电 压低于13.5V时损耗会有所增加，保护 特性会出现漂移，会导致保护功能不

6、够 充分，致使IPM损坏。因此就IPM而言， 控制电源是十分重要的，直接影响整个 系统的性能。 v故障处理电路 在系统的运行过程中，若IPM中的IGBT 过流或出现短路故障，驱动 板将检测的过流故障信号通过光耦隔离后，发光二极管点亮，从而 输出端的光敏三极管接收到光偏置，会使此光敏三极管饱和导通， 那么光耦的上输出端就会输出低电平，从而给DSP的引脚一个故障 信号低电平，DSP马上关闭PWM波的输出，保护了IPM，与此 同时也会提出中断请求。IPM处于正常工作状态时，FO引脚会呈现 高阻状态，光耦的发光二极管不发光，输出端的光敏三极管截止， 光耦的输出端上端引脚会因2K欧姆的电阻上拉而输出5V

7、的高电平， 没有故障信号 初始化 等待捕获单元的向上过零中断 等待AD中断 FLAG=1 采集的数据进行滤波 正弦和余弦值计算， 进行坐标变换 电压调节 电压PI 电流调节 电流PI 坐标变换得到三相正弦值 SPWM输出 N Y N Y N Y 主程序流程图 u三相电压型 PWM 整流器具有直流电压恒定 且可以迅速调节控制、输入电流正弦且实现 单位功率因数，本文侧重于对三相电压型 PWM 整流器工程设计与实现 主要完成如下工作： 1) 简单介绍了 PWM 整流器的拓扑 结构，阐述了 PWM 整流器的工作 原理，建立了三相电压型 PWM 整 流器在静止坐标系( a , b , c )和同步 旋转坐标系( d , q )下数学模型，并 分析了 PWM 整流器几种常用的控 制策略。 2) 根据三相电压型 PWM 整流器的 控制目标，设计了一个基于非线性控 制理论的电压电流双环控制器，在此 基础上，分析了空间矢量调制原理， 并介绍了传统 SPWM和S