基于DSP的直接功率控制三相PWM整流器

基于DSP的直接功率控制三相PWM整流器

摘要：本文研究了三相PWM整流器的直接功率控制（DPC）原理，结合一种专门设计的开关表对有功和无功功率进行Bang-Bang控制。通过样机的实验表明，直接功率控制具有结构简单，高功率因数，稳定的直流输出电压和快速的动态响应等优点。 关键词：PWM整流器；直接功率控制；DSP 1 引言

随着电力电子装置不断用于各个领域，其中大量使用的不控整流设备只能实现能量的单向传输，并且功率因数低，对电网的谐波污染十分严重。应用直接功率控制（DPC）的三相PWM整流能有效改善电流波形的畸变，获得高功率因数；而且相对于电流控制的PWM整流器，它省去了内部的电流环，减少了参数调试，在数字实现中无需旋转坐标变换，直接对有功和无功功率运用Bang-Bang控制，具有结构简单，输出稳定，动态响应速度快等优点。 2 系统构成和控制策略

2.1 三相PWM整流器的数学模型

图1为三相PWM整流器主电路图，定义A相的开关信号为Sa，则Sa=1时，VT1开通，VT2关断；

Sa=0时，VT1关断，VT2导通。同样的定义B相和C相开关信号为Sb和Sc。Ud为直流电压，L为滤波电抗器的电感（此处忽略电阻），C为直流侧的电容，RL为负载，iL为负载电流。则得到三相PWM整流器开关数学模型如式（1）

从上式可以看出，三相PWM整流器系统工作原理主要是通过对开关器件有效的控制，使得桥臂终端a，b，c电压为一双极性SPWM调制脉冲序列。当开关频率足够高时，根据傅立叶分析，桥臂端电压为基波交流电压和高次谐波电压叠加而成，电感 平衡和抑制高次谐波电流，缓冲桥臂脉冲序列中的无功功率，从而获得与网侧电压同相位的电流。 2.2 DPC系统结构和控制策略

由式（2）得出：在一定的电网电压下，通过设定有功功率和无功功率，就有确定的三相电流状态。即控制有功功率和无功功率两个量可以实现上文所述的对电流的控制。

本文研究的三相PWM整流器的DPC主要是基于瞬时功率的概念。传统的有功功率、无功功率都

是定义在平均值基础上的，它们只适用于电压、电流为正弦波的情况；而瞬时功率的概念对正弦、非正弦电压

2.3 DPC系统硬件设计

系统核心控制芯片为TI公司的TMS320F2812 DSP芯片，采用该芯片有以下优点： （1）指令周期为6.67ns（150MHz）；

（2）内部集成128K的FLASH ROM和18K的SRAM，编程方便；

（3）具有丰富的外设，有多达16个通道的12位的ADC，单路转换时间仅60ns，事件管理器（EV）可以方便的控制PWM输出

系统主电路中采用三菱公司的IPM功率模块PM75CSA120，它具有最高20kHz的稳定工作频率，集成了完整的三相功率回路，最优的IGBT门极驱动，完善了对短路、过流，温升过高和欠压的保护，

特别适用于变流装置。

3 实验结果与分析

基于前述的PWM整流器原理及DPC控制策略，研制了一台样机。前级采用自耦变压器降压作为整流桥输入，整流系统的进线滤波电感为8mH，电阻忽略不计，工作频率20kHz。直流母线滤波电容为两个450V/4700μF电容串连。

3.1 稳态波形

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rf1v.html