基于DSP控制的電壓型PWM整流器

摘要 根據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。實(shí)驗結果表明，該系統具有良好的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能。為設計PWM整流器提供了一定的理論依據。
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，以獲得直流電壓。常規的整流環(huán)節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)濟可靠，但存在以下問(wèn)題：網(wǎng)側電流波形嚴重畸變，造成功率因數低，最高功率因數約為0．8；大量無(wú)功功率的消耗會(huì )給電網(wǎng)帶來(lái)額外負擔，不僅增加了輸電線(xiàn)路的損耗，而且嚴重影響了供電質(zhì)量；輸入電流中含有豐富的低次諧波電流，帶來(lái)電網(wǎng)污染。而應用MOSFET、IGBT等全控器件、采用PWM整流技術(shù)，可以使網(wǎng)側電流正弦化，變流器可運行于單位功率因數，能量可以雙向流動(dòng)，真正實(shí)現綠色電能轉換。因此，對其進(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整流器為研究對象，以TMS320F2812為控制器，組建PWM整流器雙閉環(huán)自動(dòng)控制系統，對其進(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(guò)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，從而控制交流側輸入電流呈正弦波形，使裝置運行在單位功率因數狀態(tài)。直接電流控制通常在控制系統中引入實(shí)際的交流輸入電流的反饋信號，將其與給定信號比較，通過(guò)對其誤差的調節來(lái)控制器件的通斷，使得在一定誤差范圍內，保證實(shí)際電流與給定信號的一致，形成電壓外環(huán)和電流內環(huán)的雙閉環(huán)結構。
由于幅相控制策略動(dòng)態(tài)性能不好，電流調整能力不強，計算模塊依賴(lài)參數精確性，穩態(tài)性能有偏差。而直接電流控制系統的穩態(tài)、動(dòng)態(tài)性能好，因此得到了廣泛應用，其主要分為滯環(huán)電流控制、預測電流控制、定頻PWM控制等。其中，滯環(huán)PWM電流控制，能加速電流的響應，并能對電壓外環(huán)控制的對象起改造作用，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(guò)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定的范圍內，當反饋電流ifir-0．5ih時(shí)，ih為滯環(huán)寬度，調制電路的輸出使系統輸入側電流is增大；當if>ir-0．5ih時(shí)，調制電路的輸出使系統輸入側電流is減小。這樣不斷進(jìn)行滯環(huán)比較調節，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。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電流控制結構中無(wú)傳統的電流調節器，而是一個(gè)非線(xiàn)性的滯環(huán)環(huán)節。當電流偏差超越滯環(huán)寬度時(shí)，主電路功率開(kāi)關(guān)管切換，迫使電流偏差減小，是一種典型的非線(xiàn)性控制。

2 三相電壓型PWM整流器系統
2．1 系統結構框圖
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)控制系統如圖1所示，控制器采用TMS320F2812。