中功率三相电压型pwm整流电路设计(编辑修改稿)

中功率三相电压型pwm整流电路设计(编辑修改稿)内容摘要：

6 )(1)( tISCRRtV dcL Ldc  （ 214） 由上式可知， CRL 越 大， )(tVdc 脉动幅值越小。 三相电压型 PWM 整流器的电流控制技术 目前， 根据有没有引入电流反馈可以将三相 VSR控制方法分为两种，引入交流电流反馈的称为直接电流控制，没有引入交流电流反馈的称为间接电流控制。 下面分别简绍这两种控制方法的基本原理。 三相 VSR间接电流控制 三相 VSR间接电流控制是通过直接控 制 VSR交流侧电压来达到控制 VSR交流侧电流的，而不需要设置交流电流传感器来构成电流闭环控制，所以是一种简单的 VSR控制方案。 三相 VSR间接电流控制是通过控制三相 VSR交流侧电压基波的幅值和相位，进而间接控制其网侧电流。 这种方式的优点在于控制简单。 但是动态响应比较慢，对系统参数变化灵敏。 图 a相 PWM控制算法的三相 VSR静态间接电流控制系统结构。 图 三相 VSR静态间接电流控制系统结构 三相 VSR静态间接电流控制只有电压环，没有电流环。 如上图所示，将直流侧电压进行采样后，与 给定电压值进行比较。 通过电压 PI调节器，输出三相 VSR交流侧电流峰值指令信号 *mI。 变压器为同步变压器，主要是为了保证采样电压和交流侧电压是同相位的。 由于不可能存在理想变压器，所以要有滤波环节。 交流侧电流峰值指令信号 *mI 与待定比例系数 K1,K2，K3进行相关计算后，再与同步交流侧电压进行控制运算，最后输出三相正弦调制波信号。 由于只采用了电压环，所以存在 电流响应慢等缺点。 三相 VSR直接电流控制 三相 VSR直接电流控制是针对三相 VSR间接电流控制的缺点（动态响应比较慢，对系统参数变化灵敏）而提出来的。 由于三相 VSR直接电流控制采用网侧电流闭环控制，使 VSR网侧电流动、静态性能更好，同时也使网侧电流控制对系统参数变化不灵敏，从而增强了电流控制系统的鲁棒性。 最简单、应用最为广泛的控制策略是滞环 PWM电流控制，它具有较好的系统稳定性和快速性。 图 VSR滞环电流控制系统结构。 7 图 三相 VSR滞环电流控制系统结构 该三相 VSR滞环电 流控制系统是一个双闭环控制系统，其外环是直流电压控制环，内环是交流电流控制环。 外环 PI调节器的输出为直流电流信号 sI ， sI 分别和 a,b,c三相相电压同相位的正弦信号相乘，于是可以得到三相交流的正弦指令信号 *ai ， *bi 和 *ci。 由于未发生相位的改变，因此 *ai ， *bi 和 *ci 分别和各自的电源电位同相位，其幅值与 sI 成正比，这就是 PWM整流器能满足单位功率因数运行时电流内环所需要的交流电流指令信号。 电流内环采用的是非线性环节 —— 滞环，交流指令信号与实际交流电流信号进行滞环比较。 以 a相为例，当实际电流 2/* haa iii  时，调制电路的输出使系统网侧输入电流增大；当实际电流 2/* haa iii  时，调制电路的输出使系统网侧输入电流减小。 综上所述，三相 VSR 滞环电流控制系统结构简单，电流响应快，控制 运算中不需要求得电路参数，系统的鲁棒性较好，因而获得广泛的应用。 由于加入了电流内环，所以可以提高三相 VSR 限流保护能力。 具体是因为系统在每一个载波周期都对电流进行比较，因此当发生电流过大时，可以快速动作保护。 双闭环系统也是一个一阶系统，属于无条件稳定系统，因此在设计时，参数的计算比较简单 SPWM 调制波的实现 89C52简介 89C52是 INTEL公司 MCS51系列单片机系列中的增强型产品，作为以 CMOS工艺技术制造的高性能 8位单片机。 其引脚结构如图。 对于 89C52单片机进行简略概述，如下所述： 189C52的工作电压为 ； 具有 32个双向 I/O口； 封装形式有 PDIP和 PLCC； 重要引脚功能有： 1） RST引脚： 89C52的复位引脚； 2） ALE/PROG 引脚：在 FLASH编程时，用于输入编程脉冲；在其它时间，输出正脉冲信号，且频率为 1/6； 3） PSEN 引脚：外部程序存储器的选通信号； 4） EA 引脚：当该引脚为低电平时，直接访问外部数据存储器；当该引脚为高电平 8 时，先访问内部数据存储器； 5） XTAL1和 XTAL2引脚：主要是用于组成时钟电路。 图 89C52引脚结构 在本设计中， 89C52单片机的主要有 3个作用，具体为： 控制 SA8281芯片产生 SPWM波。 与霍尔电压传感器一起组成 直流侧电压检测电路。 与电流互感器一起组成交流侧过电流检测电路。 SA8281工作原理简介 SA8281是由 MITEL公司生产的一种用于三相 SPWM波发生和控制的集成电路，基于 SA8281和 89C52 的变频器具有电路简单、功能齐全、性能价格比高、可靠性好等优点。 SA8281 采用28脚 DIP和 SOIC封装两种形式。 其 DIP封装引脚如图。 主要分两类，一类是和微机处理器接口的控制引脚，另一类是 SPWM脉冲输出的控制引脚。 图 SA8281的引脚排列 SA8281各引脚功能简介 与微处理器的接口和控制引脚 AD0 和 AD7：数据和地址复用总线。 CS、 WR、 RD、 ALE分别是片选、写、读和地址锁存信号线。 SPWM脉冲输出和控制引脚为： 9 1） RPHB、 YPHB、 BPHB引脚：分别通过驱动电路控制 R、 Y、 B的下臂开关管。 2） RPHT、 YPHT、 BPHT引脚：分别通过驱动电路控制 R、 Y、 B的上臂开关管。 3） SET TRIP引脚：通过该引脚可以快速关断所有 SPWM信号输出，高电平有效。 4） TRIP 引脚：输出闭锁状态。 当 SET TRTP 有效时， TRIP 为低电平，表示输出已经闭锁。 5） ZPPR引脚：输出调制波频率。 6） WSS引脚：输出采样波形。 其他引脚为： 1） RST引脚：硬件复位引脚，低电平有效。 2） CLK引脚：时钟输入端。 3） VDD和 VSS引脚：正负电源端。 SA8281的内部结构及工作原理分析 SA8281的内部结构如图。 图 SA8281的内部结构 SA8281与 89C52的接口原理图如图。 图 SA8281与 89C52的接口原理图 如图 ， 89C52的 PO 口与 SA8281的地址数据总线直接连接， 3条控制线、 WR 、 RD、ALE分别与 89C52相应的引脚进行连接。 片选信号 CS 与 ， 89C52的 SA8281的复位脚 RST ，引脚 INTO 与引脚 TRIP 相连。 由于 89C52单片机没有非屏蔽中断，设计时将所有故障信号合并后，传送到 SA8281的 SET TRIP引脚，从而实现有故障时的快速闭锁， 10 并通过引脚 TRIP产生中断，在中断服务程序中进行故障的处理及恢 复等工作。 为了避免误闭锁，所以需要给各故障信号均加上滤波延迟电路，合并后的故障信号进一步经由单稳电路构成的窄脉冲消除电路以消除干扰脉冲的影响。 通过软件设定载波频率、调制频率、最小脉宽、调制比、死区时间等工作参数后，只有当输出频率或幅值等需要改变时才需 89C52的干预，单片机只用很少的时间去控制它，因而89C52的主要任务是保证功率器件在正常的工作条件下运行，出现异常情况时能够及时检测出故障并闭锁系统输出，切断主回路电源，使系统停止工作，从而保证功率器件不受损坏。 对于三相 VSR 交流侧电感、 直流侧电容参数选择的分析 三相 VSR交流侧电感分析 交流侧电感除了能用来滤波，还可以进行能量的传递和电压的平衡。 对电感的选取是至关重要的，如果设计中电感的选取过小，则会导致输入电流的谐波含量偏大；如果选取过大，则会使整个控制系统的电流跟踪速度降低。 对于三相 VSR交流侧电感参数的选择一般有两个指标。 满足三相 VSR有功（无功）功率稳态指标。 图 ，且稳态时的 VSR交流侧矢量关系图。 图 VSR交流侧稳态矢量关系 图 ， E表示电网电动势， V表 示交流侧控制电压， LV 表示电感电压， I表示交流侧电流。 当三相 VSR直流侧的电压 dcv 确定后， VSR交流侧电压的最大峰值也可以得到确定，即 dcMvV max （ 215） 式中， M表示三相 PWM相电压最 大利用率。 当调制方式采用双极性 SPWM调制时，则 M=。 当采用空间矢量 PWM（ SVPWM）控制时，则 33M。 当三相 VSR采用 SPWM控制时，忽略整流电路的损耗，则： 11 21sin23c os23MIEqIEpmmmm （ 216） 式中： p为交流侧有功功率； q为交流侧无 功功率； M为相电压最大利用率； mE 为电网相电动势峰值； mI 为交流侧基波相电流峰值。 则交流侧电感值为：   p EvEEEL mdcmmm 2 41s i nc o sc o ss i n 22222  （ 217） 式中： dcv 为整流器直流侧电压。 由上式得三相电压型 PWM整流器在 4个特殊工作点时的电感上限值。 90 时，纯电感特性。 电感上限值如下所示：  m dcmdcmm I vEq vEEL 224 362  或 （ 218） 0 时，单位功率因数整流。 电感上限值如下所示：  m mdcmdcm I Evp EvEL 2 44 432222  或 （ 219） 90 时，纯电容特性。 电感上限值如下所示：  m mdcmdcm I Evq EvEL 2 2)(4 632   或 （ 220） 180 时，单位功率因数逆变。 电感上限值如下所示：  m mdcmdcm I Evp EvEL 2 2)(4 432222   或 （ 221） 满足三相 VSR瞬态电流跟踪指标。 对于图 VSR拓扑结构，其 a相电压方程为： )3( , cbak kdcadcaaa svsveRidtdiL （ 222） 当忽略三相 VSR交流侧电阻 R，且令  cbak kdcasa svev ,3/，则化简式（ 311）为 adcsaa svvdtdiL  （ 223） 12 式中， ks 为二值逻辑开关函数。 当需要抑制谐波电流时，电流峰值（ 2/t ）处附近一个 PWM开关周期 sT 中的电流跟踪瞬态过程，其波形如图。 图 电流峰值（ 2/t ）处附近一个 PWM开关周期中的电流跟踪波形 在稳态条件下，当 10 Tt 时， 0as ，且满足如下等式： 11)(3 TiLssvEvsv cbdcmdcasa  （ 224） 当 STtT 1 时， 1as ，且满足如下等式： 22)2(3 T iLssvEvsv cbdcmdcasa  （ 225） 考虑到电流峰值附近一个开关周期中，有 21 ii 。 结合式（ 235）和式（ 236）可以得到 L的不等式： )(2 )32( m a x mdcdc smmdc Eviv TEEvL 。