摘要：建立了電壓型pwm整流器模型，提出一種實用的電流解耦方案，給出一種由dspic30f4012型微處理器控制的三相電壓型pwm整流器控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹其系統(tǒng)組成、控制原理及硬件結(jié)構(gòu)，論述其軟件流程，給出實驗結(jié)果。

    關(guān)鍵詞：pwmi dspic30f4012；電流解耦控制；電壓型整流器

    引言

    近幾年，在ac／dc變換中，pwm整流器因其能夠?qū)崿F(xiàn)高功率因數(shù)運行且?guī)缀醪划a(chǎn)生諧波而倍受關(guān)注。關(guān)于pwm整流器的研究在我國也進行了很多年，其實施方案主要有電壓型pwm整流器和電流型pwm整流器。電流型pwm整流器由于存在直流儲能電感及交流lc濾波環(huán)節(jié)．因此結(jié)構(gòu)和控制相對復(fù)雜，系統(tǒng)損耗較大。而電壓型pwm整流器以其較低的損耗、簡單的結(jié)構(gòu)及控制等一系列優(yōu)點而成為pwm整流器的研究重點。

    1 pwm整流器工作原理

    圖1示出三相電壓型pwm整流器主電路。當(dāng)整流器進入穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)后，輸出直流電壓恒定，整流橋的三相橋臂按正弦的脈寬調(diào)制規(guī)律驅(qū)動。開關(guān)頻率很高時，由于電感器的濾波作用，高次諧波電壓產(chǎn)生的諧波電流非常小，如果只考慮電流和電壓的基波，整流橋可以看作是一個理想的三相交流電壓源。適當(dāng)調(diào)節(jié)控制量的大小和相位，就能控制輸入電流的相位，可以達到改變功率因數(shù)的目的，其中對控制輸入電流的大小以控制傳入變換器的能量，也就控制了直流側(cè)電壓�？梢妏wm整流器的控制目標(biāo)是輸入電流和輸出電壓，而輸人電流的控制是整流器控制的關(guān)鍵。輸入電流的控制目標(biāo)是使電流波形成為正弦波且與輸入電壓同相位。

    2在d—q坐標(biāo)中的數(shù)學(xué)模型[1，2，3]

    在pwm整流器控制方法上，筆者將三相交流電流旋轉(zhuǎn)變換成在d-q坐標(biāo)系中進行，以對電流的d、q分量進行單獨控制。有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)十分方便。

    圖1中的pwm整流器u∞、u∞、u∞分別為整流橋三相控制電壓，有方程式：

    采用空間坐標(biāo)變換方法，將上述方程變換到二相靜止坐標(biāo)中，其變換矩陣為

    再進一步由α-β坐標(biāo)系變換為d—q二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，變換矩陣為變換方程為

    經(jīng)過以上變換后，在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下pwm整流器方程為：

    usd,、usq，id、qi。，ud、uq分別為d—q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電源電壓、輸入電流和橋中點控制電壓。以輸人電壓合成矢量的位置為d軸的正方向，取三相輸入電壓usc,usb,us為

    則經(jīng)過同樣坐標(biāo)變換，在d—q同步坐標(biāo)系下有

    將(8)式代入同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下pwm整流器的方程(6)式可得

    由此式可見，id與iq之間存在耦合，通常有電壓前饋解耦控制和電流反饋解耦控制二種，前者雖是一種完全線性化的解耦控制方案．但實時性并不好。筆者采用電流反饋解耦控制方式，實施方便，控制電路簡單。

    在實際應(yīng)用中．當(dāng)電壓環(huán)的采樣頻率遠(yuǎn)高于電網(wǎng)電壓的頻率時，在方程中造成互耦的ωlid和ωlid對電流調(diào)節(jié)器性能影響較小[1]，可忽略，這樣將電流控制指令id*、iq*與反饋電流id、iq比較，其誤差經(jīng)過p，調(diào)節(jié)得到電壓給定信號，得出近似解耦模型，即：

    pwm整流器基本控制框圖如圖2所示。當(dāng)pwm要得到單位功率因數(shù)時，則輸入電流要跟蹤輸入電壓，d—q坐標(biāo)系中，將輸入電壓矢量定位在d軸上，這樣控制電流矢量也同樣只有d軸分量，而q軸分量為零。滿足iq*=o即可。筆者采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)相