三相PWM整流器研究

毕业设计（论文）题目PWM整流器的设计学院（系）：专业班级：学生姓名：指导教师：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在10年解密后适用本授权书2、不保密囗。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日本科生毕业设计(论文)任务书学生姓名：专业班级：指导教师工作单位设计(论文)题目:PWM整流器的设计设计（论文）主要内容：熟悉整流的原理，对整流技术进行综述、比较，并设计出整流器硬件电路和软件程序。要求完成的主要任务:（1）外文资料翻译不少于20000印刷符；（2）查阅相关文献资料（中文15篇，英文3篇）；（3）掌握整流的原理；（4）撰写开题报告；（5）熟悉整流技术国内外的研究现状、目的意义；（6）对整流技术进行综述、比较；（7）计出整流器硬件电路和软件程序。；（8）绘制的电气图纸符合国标；（9）撰写的毕业设计（论文）不少于10000汉字。必读参考书：[1]王兆安，黄俊.电力电子技术.第4版.北京：机械工业大学出版社，2007[2]杨荫福，段善旭，朝泽云.电力电子装置及系统.北京：清华大学出版社，2006[3]张崇巍，张兴.PWM整流器及其控制.北京：机械工业大学出版社，2003指导教师签名系主任签名院长签名(章)本科学生毕业设计（论文）开题报告20世纪90年代发展起来的智能型功率模块(IPM)开创了功率半导体开关器件新的发展方向。功率半导体开关器件技术的进步，促进了电力电子变流装置技术的发展，出现了以脉宽调制（PWM）控制为基础的各类变流装置，如变频器、逆变电源、高频开关电源以及各类特种变流器等，这些变流装置在国民经济各领域中取得了广泛的应用。但是，目前这些变流装置很大一部分需要整流环节，以获得直流电压，由于常规整流环节广泛采用了二极管不控整流电路或晶闸管相控整流电路，因而对电网注入了大量谐波及无功，造成了严重的电网“污染”。治理这种电网“污染”最根本措施就是，要不变流装置实现网侧电流正弦化，且运行于单位功率因数。PWM控制技术的应用与发展为整流器性能的改进提供了变革性的思路和手段，结合PWM控制技术的新型整流器成为PWM整流器。根据能量是否可双向流动，派生出两类不同拓扑结构的PWM整流器，即可逆PWM整流器和不可逆PWM整流器。能量可双向流动的PWM整流器不仅体现出AC/DC变流特性（整流），而且还可呈现出DC/AC变流特性（有源逆变），因而确切地说，这类PWM整流器实际上是一种新型的可逆PWM整流器。经过几十年的研究与发展，PWM整流器技术已日趋成熟。PWM整流器主电路已从早期的半控型器件桥路发展到如今的全控型器件桥路；其拓扑结构已从单相、三相电路发展到多相组合及多电平拓扑电路；PWM开关控制由单纯的硬开关调制发展到软开关调制；功率等级从千瓦级发展到兆瓦级，而在主电路类型上，既有电压型整流器（VoltageSourceRectifier—VSR），也有电流型整流器（CurrentSourceRectifier—CSR），并且两者在工业上均成功地投入了应用。由于PWM整流器实现了网侧电流正弦化，且运行于单位功率因数，甚至能量可双向传输，因而真正实现了“绿色电能变换”。由于PWM整流器网侧呈现出受控电源特性，因而这一特性使PWM整流器及其控制技术获得进一步的发展和拓宽，并取得了更为广泛和更为重要的应用，如静止无功补偿（SVG）、有源电力滤波（APF）、统一潮流控制（UPFC）、超导储能（SMES）、高压直流输电（HVDC）、电气传动（ED）、新型UPS、通信电源以及太阳能、风能等可再生能源的并网发电等。将PWM控制技术应用于整流器始于20世纪70年代末，但由于当时谐波问题不突出，加上受电力电子器件发展水平的制约，PWM整流器没有引起充分的重视。进入80年代后，由于自关断器件的日趋成熟及应用，推动了PWM技术的应用与研究。1982年BusseAlerfd、HoltzJoaehim首先提出了基于可关断器件的三相全桥PWM整流器拓扑结构及其网侧电流幅相控制策略，并实现了电流型PWM整流器网侧单位功率因数正弦波电流控制。1984年从AkgaiHiorufmi等提出了基于PWM整流器结构的无功补偿器装置，这实际上就是电压型PWM整流器的早期设计思想。到20世纪80年代末，随A．W．Green等人提出了基于坐标变换的PWM整流器连续、离散动态数学模型及控制策略，PWM整流器的研究发展到了一个新的高度。进入90年代，三相PFC技术的研究成为电力电子技术和电能变换领域中最具重要意义的研究方向之一，经过国内外专家学者多年的研究，PWM整流器在电路拓扑结构，数学模型，控制方法，电网电压不平衡等方面取得了丰硕的研究成果。随着研究的深入，基于PWM整流器拓扑结构及控制的拓展，相关的应用研究也发展起来，如有源滤波器、超导储能、交流传动、高压直流输电以及统一潮流控制等。这些应用技术的研究，促进了PWM变换器及其控制技术的进步和完善。2、基本内容和技术方案2.1设计任务1）外文资料翻译不少于15000印刷符；2）撰写开题报告；3）查阅相关文献资料4）设计出基于单片机系统结构图；5）完成基于单片机不间断电源系统设计；6）绘制的电气图纸符合国标；7）撰写的毕业设计（论文）不少于10000汉字；2.2技术方案本设计为PWM整流器的设计。最终是要得到小功率等级电压源型双闭环控制系统的PWM整流器。主电路采用的是三相半桥型VSR拓扑结构，由于电能的双向流动，当PWM整流器从电网吸取电能时，其运行于整流工作状态；而当PWM整流器向电网传输电能时，其运行于有源逆变工作状态。为了使电压型PWM整流器网侧呈现受控电流源特性，其网侧电流控制策略的研究非常重要。“直接电流控制”策略由于引入交流电流反馈作为内环，直流电压外环构成整流器控制系统，既可实现单位功率因数，又可控制直流电压恒定。本设计采用的就是固定开关频率且与电网电动势前馈结合的SPWM控制。其控制系统以DSP芯片为核心，驱动器件则是以IR2130为主。2.3系统结构组成系统由软件和硬件两部分组成，软件和硬件都将按照框图总系统的设计方法进行设计。1）硬件部分主要分为两大部分，即主电路（图1）和控制电路（图2）。而控制电路还可以细化为：智能功率模块电路（IPM）、DSP芯片作为控制电路的处理器、检测电路（主要有网侧三相电压检测，电抗器交流电流检测，直流侧电容电压检测，A相、B相电网电压同步信号检测）、驱动电路等。其中DSP芯片采用TMS320LF240，IPM选用三菱公司的IPM50RSA060。2）软件部分主要通过系统的流程图描述来对基于F240DSP芯片的VSR控制系统进行软件设计，包括了主程序模块和中断服务程序模块。中断服务程序中主要有以下几个模块构成：直流电压检测模块、交流电压检测模块、电压外环调节器计算模块、电流指令计算模块、电网频率检测模块、电流检测模块、电流内环调节器计算模块，指针计算模块。图1主电路图图2控制电路框图2.4本文主要内容论文结合等离子体位移快控电源的设计，提出基于电压源型PWM整流器循环变流器拓扑的控制方案，为三相电压源型PWM整流器建立了开关仿真模型，并利用此开关仿真模型进行仿真设计，进而以TI公司的处理器芯片DSP240为核心设计控制器，分别对系统的硬件和软件进行设计，最终实现了小功率等级电压源型PWM整流器的双闭环控制系统。最后简单做出了一些结论。2.5技术路线1）收集资料并进行归纳、分析；2）电路连接及分析；3）进行系统集成；4）软件、硬件设计。2.7设计的技术难点1）主电路的设计；2）控制系统的确定；3）DSP芯片的应用，包括硬件与软件两个方面。3、设计的进度安排第1周：英文翻译第3周：毕业实习第4周：查阅文献资料第5周：开题报告第6周：系统的方案设计第7周：硬件电路设计第10周：系统软件设计第11周：撰写论文第13周：论文修改第14周：论文定稿第15周：上交毕业论文，答辩准备第15周：答辩4、指导教师意见指导教师签名：年月日目录摘要...........................................................................................................................IAbstract...................................................................................................................II绪论..........................................................................................................................11三相电压源型PWM整流器工作原理及数学模型..................................................21.1PWM整流器工作原理............................................21.1.1PWM整流电路基本特性....................................21.1.2PWM整流电路工作原理....................................21.2PWM整流电路基本特性..........................................52三相VSR控制策略及控制系统设计.....................................................................72.1VSR的电流控制方法............................................72.1.1间接电流控制和直接电流控制的比较........................72.1.2三相VSR在dq坐标系下的直接电流控制.....................82.2三相VSR控制系统的设计.......................................92.2.1电流内环控制系统设计...................错误!未定义书签。2.2.2电压外环控制系统设计...................................112.3三相VSR的仿真...............................................123硬件设计.............................................................................................................173.1主电路的设计.................................................173.1.1主功率开关器件的选择...................................173.1.2交流侧电感的设计.......................................183.1.3直流侧电容的设计............