基于SVPWM技術的三相電壓型整流器設計

作者：時間：2010-09-20 來源：網絡

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　　傳統(tǒng)的變壓整流器和非線性負載的大量使用使電網中電流諧波含量較高，對飛機供電系統(tǒng)和供電質量造成很大影響。消除電網諧波污染、提高整流器的功率因數是電力電子領域研究的熱點。空間矢量PWM(SVPWM)控制具有直流側電壓利用率高、動態(tài)響應快和易于數字化實現的特點。本文采用空間矢量技術對三相電壓型整流器進行研究，使其網側電壓與電流同相位，從而實現高功率因數整流。

　　1 空間矢量控制技術

　　SVPWM控制技術通過控制不同開關狀態(tài)的組合，將空間電壓矢量V控制為按設定的參數做圓形旋轉。對任意給定的空間電壓矢量V均可由這8條空間矢量來合成，如圖1所示。任意扇形區(qū)域的電壓矢量V均可由組成這個區(qū)域的2個相鄰的非零矢量和零矢量在時間上的不同組合來得到。這幾個矢量的作用時間可以一次施加，也可以在一個采樣周期內分多次施加。也就是說，SVPWM通過控制各個基本空間電壓矢量的作用時間，最終形成等幅不等寬的PWM脈沖波，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉。主電路功率開關管的開關頻率越高，就越逼近圓形旋轉磁場。

　　為了減少開關次數，降低開關損耗，對于三相VSR某一給定的空間電壓矢量

，采用圖2所示的合成方法。在扇區(qū)I中相應開關函數如圖3所示。零矢量均勻地分布在矢量

的起、終點上，除零矢量外，

由V1、V2、V4合成，且中點截出2個三角形。一個開關周期中，VSR上橋臂功率開關管共開關4次，由于開關函數波形對稱，諧波主要集中在整數倍的開關頻率上。

　　基于SVPWM技術的三相電壓型整流器設計

　　2 直接電流控制策略

　　三相VSR的電流控制策略主要分為直接電流控制和間接電流控制。直接電流控制采用網側電流閉環(huán)控制，提高了網側電流的動、靜態(tài)性能，并增強電流控制系統(tǒng)的魯棒性。而在直接控制策略中固定開關頻率的PWM電流控制因其算法簡單、實現較為方便，得到了較好應用，在三相靜止坐標系中，固定開關頻率的PWM電流控制電流內環(huán)的穩(wěn)態(tài)電流指令是一個正弦波信號，其電流指令的幅值信號來源于直流電壓調節(jié)器的輸出，頻率和相位信號來源于電網;PI電流調節(jié)器不能實現電流無靜差控制，且對有功電流和無功電流的獨立控制很難實現。在兩相同步旋轉坐標系(d，q)中的電流指令為直流時不變信號，且其PI電流調節(jié)器實現電流無靜差控制，也有利于分別對有功電流

和無功電流

獨立進行控制。

　　3 三相VSR數字控制系統(tǒng)

　　三相VSR數字控制系統(tǒng)結構如圖4所示，控制系統(tǒng)采用電壓外環(huán)和兩個電流內環(huán)組成雙環(huán)控制結構，電壓環(huán)控制三相VSR直流側電壓，通過輸出直流側電壓Vdc與給定參考電壓

差值經過PI調節(jié)產生電流參考信號

，起到跟蹤控制輸出直流電壓的目的;電流環(huán)用來按照電壓環(huán)調節(jié)器輸出的電流指令進行電流控制，按照電壓外環(huán)輸出的電流信號

對輸入電流進行控制，利用SVPWM算法產生開關信號控制整流器來實現單位功率因數。

　　基于SVPWM技術的三相電壓型整流器設計

　　三相PWM整流器是采用電機矢量控制的思想通過控制電流來調節(jié)電壓。采樣后的三相電流通過CLARK和PARK坐標變換獲得兩相旋轉坐標系下的id、iq分量，將電壓誤差信號經PI調節(jié)作為有功電流指令值，而無功電流

的指令值可以直接設為零，通過解耦得到三相VSR的指令電壓，并通過SVPWM算法得到三相整流器的控制信號。

　　3.1 交流側電壓調理電路

　　系統(tǒng)網側給定輸入電壓為三相交流115 V，對電壓進行采樣時通過變壓器進行降壓采樣，然后調理電壓信號，使電壓信號值在TMS320F281 2的數據采集端要求的0～3 V之間，電壓調理電路如圖5所示。　　

　　3.2 直流電壓調理電路

　　直流側輸出電壓約350 V，為實現對直流側電壓的數據采集，采用運算放大器組成雙輸入放大電路，通過選擇合理的參數值將直流側的輸出電壓轉換到O～3 V范圍之內，然后送入DSP的AD接口。

　　3.3 TMS320F2812程序初始化流程

　　通過對空間矢量脈寬調制技術控制算法的詳細分析和三相VSR的建模與仿真發(fā)現，SVPWM的控制算法具有便于數字化實現的特點。選用目前已經開發(fā)比較成熟的低功耗、低成本且具有相當集成度的定點TMS320F2812作為核心控制器。該器件是Tl公司推出的新一代低價格、高性能的32位定點數字信號處理器DSP。數字信號處理器是三相高功率因數整流器的重要組成部分。TMS320F2812實現的軟件部分主要包括主程序和中斷子程序。主程序主要是完成系統(tǒng)的初始化工作，包括系統(tǒng)時鐘設置、初始化寄存器的值和開全局中斷以及開事件管理器中斷進入工作狀態(tài)。其程序流程如圖6所示。