基于DSP控制的電壓型PWM整流器

摘要 根據(jù)PWM整流電路的工作原理，分析了PWM整流控制方式，采用滯環(huán)電流控制方式，以TMS320F2812為控制器組建了電壓型PWM整流器雙閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能。為設(shè)計(jì)PWM整流器提供了一定的理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞 PWM整流；滯環(huán)電流控制；DSP

工業(yè)中的變流器大多需要整流環(huán)節(jié)，以獲得直流電壓。常規(guī)的整流環(huán)節(jié)一般采用二極管布控整流或晶閘管相控整流，雖然電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可靠，但存在以下問題：網(wǎng)側(cè)電流波形嚴(yán)重畸變，造成功率因數(shù)低，最高功率因數(shù)約為0．8；大量無功功率的消耗會(huì)給電網(wǎng)帶來額外負(fù)擔(dān)，不僅增加了輸電線路的損耗，而且嚴(yán)重影響了供電質(zhì)量；輸入電流中含有豐富的低次諧波電流，帶來電網(wǎng)污染。而應(yīng)用MOSFET、IGBT等全控器件、采用PWM整流技術(shù)，可以使網(wǎng)側(cè)電流正弦化，變流器可運(yùn)行于單位功率因數(shù)，能量可以雙向流動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)綠色電能轉(zhuǎn)換。因此，對(duì)其進(jìn)行研究將會(huì)促進(jìn)新型整流技術(shù)的快速發(fā)展。文中以三相電壓型PWM整流器為研究對(duì)象，以TMS320F2812為控制器，組建PWM整流器雙閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行分析研究。

1 控制方法分析
1．1 PWM整流控制方式
不斷發(fā)展的PWM整流器有許多種控制方法，就電壓型PWM整流器的控制方式而言，主要分為間接電流控制和直接電流控制。間接電流控制是指通過控制整流器輸入端電壓，使其與電源電壓保持一定的幅值相位關(guān)系，從而控制交流側(cè)輸入電流呈正弦波形，使裝置運(yùn)行在單位功率因數(shù)狀態(tài)。直接電流控制通常在控制系統(tǒng)中引入實(shí)際的交流輸入電流的反饋信號(hào)，將其與給定信號(hào)比較，通過對(duì)其誤差的調(diào)節(jié)來控制器件的通斷，使得在一定誤差范圍內(nèi)，保證實(shí)際電流與給定信號(hào)的一致，形成電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。
由于幅相控制策略動(dòng)態(tài)性能不好，電流調(diào)整能力不強(qiáng)，計(jì)算模塊依賴參數(shù)精確性，穩(wěn)態(tài)性能有偏差。而直接電流控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能好，因此得到了廣泛應(yīng)用，其主要分為滯環(huán)電流控制、預(yù)測(cè)電流控制、定頻PWM控制等。其中，滯環(huán)PWM電流控制，能加速電流的響應(yīng)，并能對(duì)電壓外環(huán)控制的對(duì)象起改造作用，從而改善電壓外環(huán)的性能。
1．2 PWM滯環(huán)電流控制方式
滯環(huán)電流控制是通過反饋電流if與給定電流ir進(jìn)行滯環(huán)比較，將兩者的偏差限制在設(shè)定的范圍內(nèi)，當(dāng)反饋電流ifir-0．5ih時(shí)，ih為滯環(huán)寬度，調(diào)制電路的輸出使系統(tǒng)輸入側(cè)電流is增大；當(dāng)if>ir-0．5ih時(shí)，調(diào)制電路的輸出使系統(tǒng)輸入側(cè)電流is減小。這樣不斷進(jìn)行滯環(huán)比較調(diào)節(jié)，使is始終跟蹤給定電流ir，圍繞給定電流波形作鋸齒狀變化，并將誤差限制在滯環(huán)寬度范圍內(nèi)。若給定電流波形為正弦，滯環(huán)寬度ih恒定，則is的波形就會(huì)接近于正弦。
滯環(huán)PWM電流控制結(jié)構(gòu)中無傳統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器，而是一個(gè)非線性的滯環(huán)環(huán)節(jié)。當(dāng)電流偏差超越滯環(huán)寬度時(shí)，主電路功率開關(guān)管切換，迫使電流偏差減小，是一種典型的非線性控制。

2 三相電壓型PWM整流器系統(tǒng)
2．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
按照三相電壓型PWM整流器的工作原理組建了雙閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖1所示，控制器采用TMS320F2812。