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整流器雙閉環自動控制系統。實驗結果表明，該系統具有良好的靜態、動態性能。為設計PWM整流器提供了一定的理論依據。
關鍵詞 PWM整流；滯環電流控制；DSP

工業中的變流器大多需要整流環節，以獲得直流電壓。常規的整流環節一般采用二極管布控整流或晶閘管相控整流，雖然電路簡單、經濟可靠，但存在以下問題：網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；大量無功功率的消耗會給電網帶來額外負擔，不僅增加了輸電線路的損耗，而且嚴重影響了供電質量；輸入電流中含有豐富的低次諧波電流，帶來電網污染。而應用MOSFET、IGBT等全控器件、采用PWM整流技術，可以使網側電流正弦化，變流器可運行于單位功率因數，能量可以雙向流動，真正實現綠色電能轉換。因此，對其進行研究將會促進新型整流技術的快速發展。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整流器雙閉環自動控制系統，對其進行分析研究。

1 控制方法分析
1．1 PWM整流控制方式
不斷發展的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。直接電流控制通常在控制系統中引入實際的交流輸入電流的反饋信號，將其與給定信號比較，通過對其誤差的調節來控制器件的通斷，使得在一定誤差范圍內，保證實際電流與給定信號的一致，形成電壓外環和電流內環的雙閉環結構。
由于幅相控制策略動態性能不好，電流調整能力不強，計算模塊依賴參數精確性，穩態性能有偏差。而直接電流控制系統的穩態、動態性能好，因此得到了廣泛應用，其主要分為滯環電流控制、預測電流控制、定頻PWM控制等。其中，滯環PWM電流控制，能加速電流的響應，并能對電壓外環控制的對象起改造作用，從而改善電壓外環的性能。
1．2 PWM滯環電流控制方式
滯環電流控制是通過反饋電流if與給定電流ir進行滯環比較，將兩者的偏差限制在設定的范圍內，當反饋電流ifir-0．5ih時，ih為滯環寬度，調制電路的輸出使系統輸入側電流is增大；當if>ir-0．5ih時，調制電路的輸出使系統輸入側電流is減小。這樣不斷進行滯環比較調節，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寬度范圍內。若給定電流波形為正弦，滯環寬度ih恒定，則is的波形就會接近于正弦。
滯環PWM電流控制結構中無傳統的電流調節器，而是一個非線性的滯環環節。當電流偏差超越滯環寬度時，主電路功率開關管切換，迫使電流偏差減小，是一種典型的非線性控制。

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自動控制系統如圖1所示，控制器采用TMS320F2812。