三相高功率因数PWM整流器的设计与开发

摘要

由于电力电子设备的非线性，造成网侧电流畸变，对电网的安全以及电能质量造成了极大的影响。电力系统谐波污染的危害性已经越来越引起人们的关注，国际上提出了很多方案用来解决传统的大功率整流器电流谐波高，功率因素低的问题。由于三相PWM整流器具有输出电压恒定，输入功率因数可调，可以有效的降低谐波，甚至实现电能的双向流动等优点，PWM整流器常被用作电网与用电设备之间的接口，PWM整流技术以及高功率因素、低谐波的整流装置的的研制已经成为全世界研究的热点。本文研究的主要内容归纳如下:
　　(1)本文首先介绍了普通三相PWM整流器的半桥主电路拓扑结构，并以主电路拓扑为基础，介绍了PWM整流器在两相静止αβ坐标和两相旋转dq坐标下的数学模型。最后，从四象限变流原理出发分析了三相PWM整流器的工作原理以及工作过程，介绍了直接电流控制的控制方法，采用双闭环控制策略，并采用SVPWM调制方法，可以使三相PWM整流器运行在高功率或者达到单位功率因数状态。
　　(2)以TI公司DSP芯片TMS320F28335为核心，设计了系统的总体方案，包括控制器的选型以及整个系统的框架。设计了三相PWM整流器的硬件部分包括信号调理板，主控板，辅助电源板，主电路，驱动板。详细介绍了每一块电路板的设计步骤，参数选择，设计原理图，将设计的电路板组成一套三相高功率因数PWM整流器样机。
　　(3)设计了基于三相高功率因数PWM整流器样机的软件系统，采用CCS进行软件编程，包括主程序和各种中断程序，给出了详细的程序流程图。
　　最后对系统进行了MATLAB仿真以及实物装置测试，结果表明:三相PWM整流器实现了电网电流电压同频同相，功率因数接近于1，减小了系统对电网的谐波污染，并且系统具有良好的动态性能，达到了预期的设计要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 谐波及其危害

1．1．2 谐波的抑制

1．2 三相PWM整流器的发展状况

1．3 本文主要工作

第2章 三相PWM整流器设计基础

2．1 三相PWM整流器的变流原理

2．1．1 三相PWM整流器拓扑结构

2．1．2 整流器的工作原理

2．1．3 四象限简化模型变流原理

2．2 三相PWM整流器的数学模型

2．2．1 PWM整流器在三相静止abc坐标系中的数学模型

2．2．2 等功率原则变换下的坐标关系

2．2．3 PWM整流器在αβ坐标系中的数学模型

2．2．4 PWM整流器在dq坐标中的数学模型

2．2．5 三相PWM变流器的稳态分析

2．3 三相高功率因数PWM整流器系统控制策略

2．4 系统调制策略

2．4．1 SVPWM调制基本原理

2．4．2 SVPWM合成方法

2．7 本章小结

第3章 三相高功率因数PWM整流器的硬件设计

3．1 三相高功率因数PWM整流器功能要求

3．2 三相高功率因数PWM整流器控制芯片选型

3．3 硬件的整体构架

3．4 主电路设计

3．4．1 IGBT选型

3．4．2 交流侧电感设计

3．4．3 直流侧电容设计

3．4．4 主电路结构

3．5 主控板设计

3．6 信号调理板设计

3．6．1 调理电路设计

3．6．2 保护电路

3．7 驱动板设计

3．7．1 基于M57962AL的驱动电路

3．7．2 驱动电源的设计

3．7．3 栅极驱动电阻的选取

3．8 辅助电源板设计

3．9 液晶显示电路的设计

3．10 整流器和充电桩主控板通信设计

3．11 本章小结

第4章 三相高功率因数PWM整流器软件设计

4．1 软件开发环境简介

4．2 软件总体结构

4．3 中断程序设计

4．4 子程序设计

4．4．1 ADC子程序设计

4．4．2 锁相环子程序设计

4．4．1 SVPWM子程序设计

4．4．5 双闭环控制子程序设计

4．4．5 软启动子程序设计

4．4．5 液晶显示子程序设计

4．5 本章小结

第5章 系统仿真与测试

5．1 控制系统仿真与分析

5．2 测试平台的搭建

5．3 样机测试

5．3．1 SVPWM波形和其对应调制波测试

5．3．2 电网同步测试

5．3．3 不控整流测试

5．3．4 满载5KW，半载2．5KW电流波形测试

5．3．5 动态响应实验

5．4 测试结果分析

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间参加的科研项目

附录B 攻读硕士学位期间发表的软件著作权

附录C 部分项目图片

附录D 部分程序代码