基于DSP的三相六开关高功率因数整流器的研究

摘要

提高功率因数是有效消除电力电子装置尤其是AC/DC变流器对电网造成的谐波污染、提高电网电能质量和可靠性的有效途径。为此，高功率因数和低电流谐波畸变的PWM整流器技术成为电力电子技术应用中的一个研究热点。三相六开关整流器具有开关器件少、网侧电流单位功率因数、电流谐波率低、控制自由度高以及能量双向流动等优点而在大功率场合广泛应用。三相六开关整流器的典型控制方法大都采用矢量控制技术，该种控制技术设计步骤繁琐、所需元器件多、控制电路复杂冗余难度大、成本相对较高。单周期控制技术是一种新颖的非线性控制技术，具有调制与控制双重功能、自动消除稳态瞬态误差、对噪声不敏感、动态响应快、鲁棒性强、电流谐波畸变少等优点。因此探讨单周期控制技术在三相六开关整流器中的应用具有很重要的理论意义及工程价值。
　　首先，本文阐述了功率因数校正(PFC)的背景和意义，分析对比了有源功率因数校正技术的各种拓扑结构与控制策略的研究现状和应用场合。
　　其次，介绍了单周期控制技术的基本原理，详细分析了三相六开关整流器的工作原理。采用状态空间平均法。建立了单周期控制三相六开关整流器的数学模型。最后获得了用于控制的关键方程。
　　然后，根据设计指标参数，对三相六开关整流器的硬件和软件进行了设计。硬件部分的设计包括主电路中的升压电感、功率开关管、输出电容等的设计;控制电路中的DSP最小系统、电压电流采样调理电路、驱动电路设计以及辅助供电电源设计等。软件部分的设计包括系统初始化、PWM、ADC、中断服务、电流内环单周期控制和电压外环PID控制设计等。
　　最后，在上述基础上搭建了一台10kw的整流器样机。进行了不同输出功率等级的实验，测量了各个输出功率等级的实验波形和相关数据。实验结果表明，三相六开关整流器采用单周期控制具有理论可行性和实际工程意义。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 APFC整流器的研究现状

1．2．1 APFC整流器拓扑结构的研究现状

1．2．2 APFC整流器控制策略的研究现状

1．3 本文主要研究内容和章节安排

第2章 单周期控制三相六开关整流器的工作原理

2．1 单周期控制技术

2．1．1 单周期控制基本工作原理

2．1．2 单周期控制PFC技术

2．2 三相六开关整流器工作原理的分析

2．3 单周期控制三相六开关整流器的数学模型

2．4 本章小结

第3章 高功率因数整流器的硬件设计

3．1 引言

3．2 整流器主电路设计

3．2．1 升压电感设计

3．2．2 开关管的选取

3．2．3 输出电容设计

3．3 控制电路设计

3．3．1 TMS320F28035最小系统设计

3．3．2 电压采样调理电路设计

3．3．3 电流采样调理电路设计

3．3．4 驱动电路设计

3．4 辅助电源设计

3．5 本章小结

第4章 高功率因数整流器的软件设计

4．1 引言

4．2 软件系统结构流程

4．3 系统初始化以及寄存器配置

4．3．1 PWM模块

4．3．2 ADC模块

4．3．3 中断服务模块

4．4 控制算法实现

4．4．1 电压外环数字PID控制设计

4．4．2 电流内环单周期控制程序设计

4．5 本章小结

第5章 实验结果及分析

5．1 引言

5．2 实验结果及分析

5．3 本章小结

结论及展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

声明

致谢