DSP控制的单位功率因数弧焊逆变电源

摘要

目前，对地球环境的保护已经成为了人们的共识，对于电力系统环境，无谐波就是“绿色”、“无污染”的主要标志之一。在电力系统中各种谐波源产生的谐波对电力系统造成的污染影响到整个系统的电气环境，包括用户本身和其它同一电网的用户。对谐波抑制技术的研究已成为电力电子技术发展的一个重大方向。 传统的弧焊逆变电源的前级多为采用二极管整流的不控桥式整流器，后接较大的电容滤波，这种电路结构将导致弧焊逆变电源在电网端的输入电流产生畸变的尖角波，而并非正弦波，可以通过傅立叶级数展开观测其富含大量的高次谐波分量，这种电压型整流器输入电流特征次谐波单相为2n+1次，三相为6n±1次，这是具有这种电路结构形式整流器拥有的普遍的规律。由于输入电流畸变产生对电网的污染显然不能满足“绿色”的要求，而且还大大的降低了设备本身的功率因数，增加了设备对电网配电容量的要求。随着人们对电网污染认识的不断加深以及相关谐波限制标准的出台，进行弧焊逆变电源功率因数校正技术的研究对于清洁电网环境、满足电磁兼容要求具有重要的现实意义。 基于此，本课题在分析基于交流升压方式的三相功率因数校正电路的基础上，对具有单位功率因数弧焊逆变电源进行了研究，以实现传统弧焊逆变电源的谐波抑制功能。 本文研究的主要内容包括：对单位功率因数弧焊逆变电路系统的总体结构设计分析；分析论证了基于交流升压方式三相功率因数校正电路的谐波抑制性能；对有源功率因数校正技术进行了对比，并对平均电流控制技术双闭环系统的设计及主电路参数的选择进行了分析；借助Matlab/Simulink仿真工具，对系统的主电参数和控制参数进行了优化设计；设计了基于DSP的数字控制系统(硬件设计和软件设计)；针对平均电流控制的不足提出了一种基于PFC预测占空比控制方案。 通过以上对单位功率因数弧焊逆变电源的设计分析，研制了一台带有谐波抑制功能的弧焊逆变电源，其输入级采用本文研究的三相交流升压功率因数校正电路，后级功率变换器采用全桥逆变电路。通过对平均电流控制方案和基于PFC预测占空比方案的实验，验证了此系统的谐波抑制性能。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1课题的产生背景

1.2谐波知识概述

1.2.1谐波定义及相关概念

1.2.2谐波的相关限制标准

1.3研制单位功率因数弧焊逆变电源的意义

1.4谐波问题解决措施概述

1.5本论文研究内容

第2章单位功率因数弧焊逆变电源系统结构设计

2.1单位功率因数弧焊逆变电源系统结构的总体设计

2.2三相有源功率因数校正环节的主电路设计

2.2.1三相功率因数校正电路拓扑结构分析比较

2.2.2交流升压方式的三相功率因数校正电路

2.3后级功率变换电路设计

2.4驱动电路设计

2.5本章小结

第3章单位功率因数弧焊逆变电源的PFC系统分析

3.1三相功率因数校正电路的谐波抑制性能的理论分析

3.2有源功率因数校正电路的控制技术

3.2.1峰值电流型控制的CCM Boost PFC电路

3.2.2滞回电流型控制的CCM Boost PFC电路

3.2.3平均电流型控制的CCM Boost PFC电路

3.3基于平均电流型控制的双PI闭环控制系统的设计

3.3.1三相功率因数校正电路控制系统总体结构

3.3.2电流环控制校正设计

3.3.3电压环控制校正设计

3.4功率因数校正环节参数选择分析

3.4.1输入侧续流电感的选取

3.4.2直流侧滤波电容的选取

3.5本章小结

第4章基于 Matlab/Simulink的系统仿真研究

4.1引言

4.2离散数字PI控制器的Matlab模型

4.3单位功率因数弧焊逆变电源的仿真研究

4.3.1功率因数校正电路的Matlab模型

4.3.2全桥功率变换电路的Matlab模型

4.4仿真结果分析

4.4.1交流升压功率因数校正环节仿真与分析

4.4.2后级功率变换逆变环节仿真与分析

4.5本章小结

第5章基DSP数字控制系统的设计

5.1数字信号处理器简介

5.2数字控制系统的硬件设计

5.2.1单位功率因数弧焊逆变电源对数字控制硬件系统的要求

5.2.2 TMS320LF2407A数字信号处理器的特点

5.2.3基于TMS320LF2407ADSP数字控制系统的设计

5.3控制系统的软件设计及数字算法实现

5.3.1软件结构框图

5.3.2数字控制精度

5.4本章小结

第6章一种基于PFC预测占空比的控制方案

6.1开环PFC预测占空比控制方案

6.2电流反馈误差补偿预测占空比PFC控制方案

6.3本章小结

第7章实验结果与分析

7.1基于平均电流控制方案的实验与结果分析

7.2基于PFC预测占空比控制方案的实验和结果分析

结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢