TMS320F2812的三相整流器设计研究
tms320f2812的三相整流器设计研究
摘要：详细论述了svpwm(空间矢量调制)的基本原理，给出了一种基于dsp实现的三相pwm整流器控制系统的设计方案，并且应用了tms320f-2812，给出了一台原理样机的设计方法，同时进行了实验验证。
o 引言
pwm整流器与传统的不控整流或相控整流相比，具有功率因数高，输入电流正弦波形好，可实现能量的双向传输等优点，是一种真正的“绿色电源”，一直成为研究的重点。在对pwm整流器的研究过程中，学者先后提出了多种控制方案，其中svpwm(空间矢量调制)以其具有直流电压利用率高、可以快速动态响应等优点而备受研究者们的关注。
本文在分析了电压空间矢量控制原理的基础上，提出了一种便于数字实现的控制算法。该算法采用输入电压空间矢量定向，直接计算空间电压矢量的位置和作用时间，同时利用数字信号处理器(dsp)来实现三相pwm整流器空间矢量的全数字控制。本文介绍了其系统组成及控制原理，最后给出了实验波形。
1 空间矢量脉宽调制原理
图l是三相电压型整流器(vsr)的主电路拓扑结构，该结构与三相逆变器拓扑结构非常相似，因而可以把3个电感l和电网输入整体看作是一个交流电机模型，并把类似于三相交流电机的空间矢量控制方法用到三相vsr的控制中来。
设电网的三相电压分别为：
那么，根据定义的开关函数，其空间矢量共有8种工作状态：(000)、(001)、(010)、(011)、(100)、 (101)、 (110)、 (111)，即v0～v7。电压空间矢量的分布位置如图2所示。事实上，空间矢量pwm控制就是通过分配电压空问矢量(尤其是零矢量)的作用时间，以最终形成等幅不等宽的pwm脉冲波，从而实现追踪磁通的圆形轨迹。
现以图2中的v*矢量所处的位置为例，产生pwm输出的一个简便方式就是利用扇区i的相邻矢量v4和v6，使其各自工作部分时间，从而使平均输出满足参考矢量的要求。
2 svpwm的实现
实现三相电压型整流器的svpwm调制时，一般应先计算电压空间矢量v*：再判断v所在的扇区；然后根据扇区分配矢量与作用时间来生成
三相pwm信号。
计算合成电压矢量v*可根据前面的分析来进行。而对于扇区的确定，则应计算电压合成空间矢量的区间号n，为此，可定义一种新的二相到三相的变换，其中uα、uβ为空间矢量v*在α、β轴上的坐标值。其变换如下：
若：a>0，则x=l，否则x=o；
b>0，则y=1，否则y=0：
c>0，则z=1，否则z=0；
设n=x+2y+4z，那么：
若n=3，则v*位于图2中的i扇区：
n=1，则v*位于图2中的ii扇区：
n=5，则v*位于图2中的iii扇区：
n=4，则v*位于图2中的iv扇区：
n=6，则v*位于图2中的v扇区：
n=2，则v*位于图2中的vi扇区。
3 各矢量作用时间的计算
根据参考电压，可直接计算空间矢量在各扇区的工作时间。若以图2所示的位置为例，则参考电压v*可由其所在扇区的两个相邻矢量v4和v6合成。即：
式中，t4、t6分别为矢量v4、v6的作用时间；t0为采样周期的一半，即ts／2；v*cosθ为参考电压在α轴的分量；v*sinθ为参考电压在β轴的分量。
化简上式得：
根据等式两端虚部与虚部相等，实部与实部相等的原则，可以得出t4与t6的值：
依据同样的方法，便可以求得其他扇区内的矢量安排时间，为便于观察运用，在此定义三个量t1、t2、t3：
对于不同的扇区，tx、ty可按表l所列来进行取值。tx、ty赋值后，还要对其进行饱和判断。若tx+ty>t，则取：
tx=txt／(tx+ty)
ty=t2t／(tx+ty)
4 控制系统的设计
控制电路是该整流电路的重要部分，控制电路品质的优劣直接影响本整流电路的性能。三相电压型整流器控制系统通常采用双闭环控制结构。它在电压外环控制直流侧电压，并给电流内环提供指令电流；而电流内环则根据指令电流进行电流快速跟踪控制。电流参与控制提高了整个系统的动态响应能力，同时具有电流控制精度高、限流容易等优点。图3所示为三相pwm整流器的双闭环控制原理。
笔者在基于理论分析的基础上，设计了一个功率为1 kw的三相可逆整流装置。该装置的交流侧采用三相电压输入，每相50 v／50 hz，电感为12 mh。直流侧参数为：负载50 ω、输出直流电压150 v，电容2200μf。图4给出了阻性满载、半载、轻载情况下的三相输入电流及输入电压的波形图。
5 结束语
根据本文的分析和实验波形，可以得出以下结论：
(1)随着负载变轻，系统的功率因数相应的降低了。
(2)在负载变轻的同时，输入电流的thd也随之增加了，说明系统的电流跟踪效果变差了。
(3)从实验数据看出，系统在重载工作时效率较高。而随着负载的减轻，系统的效率也下降。这是因为电路存在固有损耗，轻载时固有损
耗所占的比重较大，所以效率较低。而加载后，其所占比重逐渐减小，所以效率也相应的增加。
智能工厂：设备故障报警管理的有效策略
ESD静电二极管的原理是什么
西门子S7-1200CPU程序密码忘记了怎么办
防爆电机冷却系统的类型_防爆电机的冷却方式
柔性供料器的工作方式是怎样的
TMS320F2812的三相整流器设计研究
传感器全方位覆盖，智慧路灯杆自动开关，5G北斗等高新技术成就智慧高速
疫情推动了无人机的发展？
集创北方科创板IPO获受理！LED显示驱动芯片市占率全球第一，募资60亿研发升级
铜铟镓硒薄膜太阳能电池技术分析
pcb可以打孔到焊盘上吗
邦华BOWAY手机V95拆机图解
烟气在线监控系统【恒美】在线监测
电感调谐式矿石收音机,Simple crystal radio
AMD或将全面拥抱HBM，CPU和GPU都要用？
新唐科技W55RFS27R3C接收器简介
推土机物联网系统如何实现灵活调度与运维管理
STM8之外部中断长按键识别相关内容
触摸外部控制连接电路设计方案详解
芯片缺货 手机市场是否会迎来“涨价潮”
摘要：详细论述了svpwm(空间矢量调制)的基本原理，给出了一种基于dsp实现的三相pwm整流器控制系统的设计方案，并且应用了tms320f-2812，给出了一台原理样机的设计方法，同时进行了实验验证。
o 引言
pwm整流器与传统的不控整流或相控整流相比，具有功率因数高，输入电流正弦波形好，可实现能量的双向传输等优点，是一种真正的“绿色电源”，一直成为研究的重点。在对pwm整流器的研究过程中，学者先后提出了多种控制方案，其中svpwm(空间矢量调制)以其具有直流电压利用率高、可以快速动态响应等优点而备受研究者们的关注。
本文在分析了电压空间矢量控制原理的基础上，提出了一种便于数字实现的控制算法。该算法采用输入电压空间矢量定向，直接计算空间电压矢量的位置和作用时间，同时利用数字信号处理器(dsp)来实现三相pwm整流器空间矢量的全数字控制。本文介绍了其系统组成及控制原理，最后给出了实验波形。
1 空间矢量脉宽调制原理
图l是三相电压型整流器(vsr)的主电路拓扑结构，该结构与三相逆变器拓扑结构非常相似，因而可以把3个电感l和电网输入整体看作是一个交流电机模型，并把类似于三相交流电机的空间矢量控制方法用到三相vsr的控制中来。
设电网的三相电压分别为：
那么，根据定义的开关函数，其空间矢量共有8种工作状态：(000)、(001)、(010)、(011)、(100)、 (101)、 (110)、 (111)，即v0～v7。电压空间矢量的分布位置如图2所示。事实上，空间矢量pwm控制就是通过分配电压空问矢量(尤其是零矢量)的作用时间，以最终形成等幅不等宽的pwm脉冲波，从而实现追踪磁通的圆形轨迹。
现以图2中的v*矢量所处的位置为例，产生pwm输出的一个简便方式就是利用扇区i的相邻矢量v4和v6，使其各自工作部分时间，从而使平均输出满足参考矢量的要求。
2 svpwm的实现
实现三相电压型整流器的svpwm调制时，一般应先计算电压空间矢量v*：再判断v所在的扇区；然后根据扇区分配矢量与作用时间来生成
三相pwm信号。
计算合成电压矢量v*可根据前面的分析来进行。而对于扇区的确定，则应计算电压合成空间矢量的区间号n，为此，可定义一种新的二相到三相的变换，其中uα、uβ为空间矢量v*在α、β轴上的坐标值。其变换如下：
若：a>0，则x=l，否则x=o；
b>0，则y=1，否则y=0：
c>0，则z=1，否则z=0；
设n=x+2y+4z，那么：
若n=3，则v*位于图2中的i扇区：
n=1，则v*位于图2中的ii扇区：
n=5，则v*位于图2中的iii扇区：
n=4，则v*位于图2中的iv扇区：
n=6，则v*位于图2中的v扇区：
n=2，则v*位于图2中的vi扇区。
3 各矢量作用时间的计算
根据参考电压，可直接计算空间矢量在各扇区的工作时间。若以图2所示的位置为例，则参考电压v*可由其所在扇区的两个相邻矢量v4和v6合成。即：
式中，t4、t6分别为矢量v4、v6的作用时间；t0为采样周期的一半，即ts／2；v*cosθ为参考电压在α轴的分量；v*sinθ为参考电压在β轴的分量。
化简上式得：
根据等式两端虚部与虚部相等，实部与实部相等的原则，可以得出t4与t6的值：
依据同样的方法，便可以求得其他扇区内的矢量安排时间，为便于观察运用，在此定义三个量t1、t2、t3：
对于不同的扇区，tx、ty可按表l所列来进行取值。tx、ty赋值后，还要对其进行饱和判断。若tx+ty>t，则取：
tx=txt／(tx+ty)
ty=t2t／(tx+ty)
4 控制系统的设计
控制电路是该整流电路的重要部分，控制电路品质的优劣直接影响本整流电路的性能。三相电压型整流器控制系统通常采用双闭环控制结构。它在电压外环控制直流侧电压，并给电流内环提供指令电流；而电流内环则根据指令电流进行电流快速跟踪控制。电流参与控制提高了整个系统的动态响应能力，同时具有电流控制精度高、限流容易等优点。图3所示为三相pwm整流器的双闭环控制原理。
笔者在基于理论分析的基础上，设计了一个功率为1 kw的三相可逆整流装置。该装置的交流侧采用三相电压输入，每相50 v／50 hz，电感为12 mh。直流侧参数为：负载50 ω、输出直流电压150 v，电容2200μf。图4给出了阻性满载、半载、轻载情况下的三相输入电流及输入电压的波形图。
5 结束语
根据本文的分析和实验波形，可以得出以下结论：
(1)随着负载变轻，系统的功率因数相应的降低了。
(2)在负载变轻的同时，输入电流的thd也随之增加了，说明系统的电流跟踪效果变差了。
(3)从实验数据看出，系统在重载工作时效率较高。而随着负载的减轻，系统的效率也下降。这是因为电路存在固有损耗，轻载时固有损
耗所占的比重较大，所以效率较低。而加载后，其所占比重逐渐减小，所以效率也相应的增加。
智能工厂：设备故障报警管理的有效策略
ESD静电二极管的原理是什么
西门子S7-1200CPU程序密码忘记了怎么办
防爆电机冷却系统的类型_防爆电机的冷却方式
柔性供料器的工作方式是怎样的
TMS320F2812的三相整流器设计研究
传感器全方位覆盖，智慧路灯杆自动开关，5G北斗等高新技术成就智慧高速
疫情推动了无人机的发展？
集创北方科创板IPO获受理！LED显示驱动芯片市占率全球第一，募资60亿研发升级
铜铟镓硒薄膜太阳能电池技术分析
pcb可以打孔到焊盘上吗
邦华BOWAY手机V95拆机图解
烟气在线监控系统【恒美】在线监测
电感调谐式矿石收音机,Simple crystal radio
AMD或将全面拥抱HBM，CPU和GPU都要用？
新唐科技W55RFS27R3C接收器简介
推土机物联网系统如何实现灵活调度与运维管理
STM8之外部中断长按键识别相关内容
触摸外部控制连接电路设计方案详解
芯片缺货 手机市场是否会迎来“涨价潮”