基于空間矢量控制（SVPWM）技術(shù)的三相電壓型整流器設(shè)計

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

　　1 空間矢量控制技術(shù)

　　SVPWM控制技術(shù)通過控制不同開關(guān)狀態(tài)的組合，將空間電壓矢量V控制為按設(shè)定的參數(shù)做圓形旋轉(zhuǎn)。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(nèi)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(zhuǎn)。主電路功率開關(guān)管的開關(guān)頻率越高，就越逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場。

　　為了減少開關(guān)次數(shù)，降低開關(guān)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(yīng)開關(guān)函數(shù)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(guān)周期中，VSR上橋臂功率開關(guān)管共開關(guān)4次，由于開關(guān)函數(shù)波形對稱，諧波主要集中在整數(shù)倍的開關(guān)頻率上。

　　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(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制，提高了網(wǎng)側(cè)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(guān)頻率的PWM電流控制因其算法簡單、實現(xiàn)較為方便，得到了較好應(yīng)用，在三相靜止坐標(biāo)系中，固定開關(guān)頻率的PWM電流控制電流內(nèi)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(diào)節(jié)器的輸出，頻率和相位信號來源于電網(wǎng);PI電流調(diào)節(jié)器不能實現(xiàn)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(xiàn)。在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d，q)中的電流指令為直流時不變信號，且其PI電流調(diào)節(jié)器實現(xiàn)電流無靜差控制，也有利于分別對有功電流 [!--empirenews.page--]

和無功電流

獨立進行控制。

　　3 三相VSR數(shù)字控制系統(tǒng)

　　三相VSR數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，控制系統(tǒng)采用電壓外環(huán)和兩個電流內(nèi)環(huán)組成雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)，電壓環(huán)控制三相VSR直流側(cè)電壓，通過輸出直流側(cè)電壓Vdc與給定參考電壓

差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)產(chǎn)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(diào)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(chǎn)生開關(guān)信號控制整流器來實現(xiàn)單位功率因數(shù)。

　　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(diào)節(jié)電壓。采樣后的三相電流通過CLARK和PARK坐標(biāo)變換獲得兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的id、iq分量，將電壓誤差信號經(jīng)PI調(diào)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(shè)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(cè)電壓調(diào)理電路

　　系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)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(diào)理電壓信號，使電壓信號值在TMS320F281 2的數(shù)據(jù)采集端要求的0～3 V之間，電壓調(diào)理電路如圖5所示。

　　3.2 直流電壓調(diào)理電路

　　直流側(cè)輸出電壓約350 V，為實現(xiàn)對直流側(cè)電壓的數(shù)據(jù)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(shù)值將直流側(cè)的輸出電壓轉(zhuǎn)換到O～3 V范圍之內(nèi)，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(diào)制技術(shù)控制算法的詳細分析和三相VSR的建模與仿真發(fā)現(xiàn)，SVPWM的控制算法具有便于數(shù)字化實現(xiàn)的特點。選用目前已經(jīng)開發(fā)比較成熟的低功耗、低成本且具有相當(dāng)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(shù)字信號處理器DSP。數(shù)字信號處理器是三相高功率因數(shù)整流器的重要組成部分。TMS320F2812實現(xiàn)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(shè)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。

　　4 試驗結(jié)果

　　根據(jù)三相VSR的數(shù)學(xué)模型和相關(guān)原理，在實驗室中搭建了實驗電路并進行了試驗。試驗中電源為115 V/400 Hz三相交流電源，當(dāng)負載為217Ω時，測得網(wǎng)側(cè)A相輸入電壓與A相輸入電流波形如圖7所示，由圖7中可以看出輸入電壓與輸入電流同相位，從而實現(xiàn)了高功率因數(shù)整流。

　　5 結(jié)論

　　為了滿足航空整流器對整流電源低諧波、高功率因數(shù)、快速響應(yīng)、直流輸出穩(wěn)定等要求，利用輸入電壓空間矢量定向，提出了一種新的便于數(shù)字實現(xiàn)的SVPWM控制策略。由試驗結(jié)果可以看出，采用空間矢量控制技術(shù)設(shè)計的整流器網(wǎng)側(cè)電流很好地跟隨網(wǎng)側(cè)電壓，實現(xiàn)了高功率因數(shù)整流，達到設(shè)計要求。