07同步旋转坐标变换与PWM整流器

三相电压型PWM整流器设计与仿真1 绪论随着功率半导体器件技术的进步，电力电子变流装置技术得到了快速发展，出现了以脉宽调制（PWM）控制为基础的各种变流装置，如变频器、逆变电源，高频开关电源以及各类特种变流器等，电力电子装置在国民经济各领域取得了广泛的应用，但是这些装置的使用会对电网造成严重的谐波污染问题。

传统的整流方式会无论是二极管不控整流还是晶闸管相控整流电路能量均不能双向传递，不仅降低能源的利用率还会增加一定的污染，主要缺点是：1）无功功率的增加造成了装置功率因素降低，会导致损耗增加，降低电力装置的利用率等；2）谐波会引起系统内部相关器件的误动作，使得电能的计量出现误差，外部对信号产生严重干扰；3）传统的结构，能量只能单向流动，使得控制系统的能量利用率不高，不能起到节能减排的作用。

电网污染的日益严重引起了各国的高度重视，许多国家都已经制定了限制谐波的国家标准，国际电气电子工程师协会(IEEE)，国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。

国际电工学会于1988年对谐波标准IEC555-2进行了修正，欧洲制定IEC1000-3-2标准。

我国国家技术监督局也于1994年颁布了《电能质量公用电网谐》标准(GB/T 14549-93)，传统变流装置大多数已不符合这些新的标准，面临前所未有的挑战。

目前，抑制电力电子装置对电网污染的方法有两种：一是设置补偿装置。

通过对已知频率谐波进行补偿，这种方式适用于所有谐波源，但其缺点是只能对规定频率的谐波进行补偿，应用范围受限。

并且当受到电网阻抗特性或其他外界干扰，容易发生并联谐振，导致某些谐波被放大进而使滤波器过载或烧毁；而是对整流器装置本身性能进行改造，通过优化控制策略和参数设置，使网侧输入的电压和电流呈现接近于同相位的正弦波，实现单位功率因数运行即功率因数为1。

目前治理谐波和无功主要是采用功率因数校正技术(PFC技术)，由于PWM调制技术引入整流器中，使得整流器能够获得较好的直流电压并且实现网侧电流正弦化，PWM整流技术已经成为治理电网污染的主要技术手段。

基于LCL滤波的PWM整流器控制策略研究【摘要】介绍了准PR调制器的原理，在此基础上，详细分析了PWM整流器在α-β静止坐标系下电流内环和电压外环的设计方法，并基于Matlab/Simulink仿真平台搭建两电平PWM整流器仿真模型，对本文分析的设计方法进行了仿真研究，仿真结果验证了本文分析的基于PR控制器设计的电流环和电压环的正确性和有效性。

【关键词】PWM整流器LCL滤波器准PR控制器控制策略1 引言随着电力电子技术的发展，GTR、GTO、MOSFET、IGBT、IGCT等全控型开关器件制造技术不断进步，使得变流器主电路结构更加简单，而且还具有控制与驱动灵活可靠，有效改善电路中的谐波，大幅提高变流器功率因数，提高系统的动态响应速度，有效控制环境噪声污染等优点[1]。

全控型器件的进步有力的推动了变流技术的发展。

20世纪80年代提出了PWM整流技术，随后PWM技术飞速发展，PWM整流技术得到了广泛应用。

PWM整流器具有输入电流正弦化、功率因数可控、电能双向传输、直流母线电压可调等优点[2]。

由于PWM整流器真正实现了“绿色电能变换”、其网侧呈现出受控电流源特性，这一特性使得PWM整流器及其控制技术获得进一步的发展和拓宽。

在基于LCL滤波器的电压源型PWM整流器系统中，控制策略无疑是一个很重要的环节，所采取的控制策略直接关系到整流器的运行性能。

LCL滤波器的电压型PWM整流器是从单L滤波的整流器发展而来的，因而控制策略延续了单L的控制思想。

2001年MarcoLiserre和FredeBlaabjerg分析了LCL滤波器的设计方法，并证明了在低频的数学模型下，电容的作用可以忽略。

这样对于LCL 滤波器的PWM整流器控制系统设计可以继续沿用单L的PWM整流器控制系统的设计方法。

鉴于在三相静止坐标系（a-b-c）中系统模型复杂，控制难以实现，因而当前均是在两相静止坐标系（α-β）或两相旋转坐标系（d-q）下对LCL的PWM整流器加以控制。

三相电压型PWM整流器控制策略及应用研究一、概述随着电力电子技术的快速发展，三相电压型PWM（脉冲宽度调制）整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置，在电力系统中得到了广泛应用。

其不仅能够实现AC（交流）到DC（直流）的高效转换，还具有功率因数高、谐波污染小等优点，对于改善电网质量、提高能源利用效率具有重要意义。

对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行深入研究，对于推动电力电子技术的发展和电力系统的优化升级具有重要意义。

三相电压型PWM整流器的控制策略是实现其高效稳定运行的关键。

目前，常用的控制策略包括基于电压矢量控制的直接电流控制、基于空间矢量脉宽调制的间接电流控制等。

这些控制策略各有优缺点，适用于不同的应用场景。

需要根据实际应用需求，选择合适的控制策略，并进行相应的优化和改进。

在实际应用中，三相电压型PWM整流器被广泛应用于风力发电、太阳能发电、电动汽车充电站等领域。

在这些领域中，整流器的稳定性和效率对于保证整个系统的正常运行和提高能源利用效率具有至关重要的作用。

对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行研究，不仅有助于推动电力电子技术的发展，还有助于提高能源利用效率、促进可再生能源的发展和应用。

本文将对三相电压型PWM整流器的控制策略及应用进行深入研究。

介绍三相电压型PWM整流器的基本原理和常用控制策略分析不同控制策略的优缺点及适用场景结合实际应用案例，探讨三相电压型PWM整流器的优化改进方法和发展趋势。

通过本文的研究，旨在为三相电压型PWM整流器的设计、优化和应用提供理论支持和实践指导。

1. 研究背景与意义随着全球能源危机和环境污染问题日益严重，可再生能源的利用与开发已成为世界各国关注的焦点。

作为清洁、可再生的能源形式，电能在现代社会中发挥着至关重要的作用。

传统的电能转换和利用方式存在能量转换效率低、谐波污染严重等问题，严重影响了电力系统的稳定性和电能质量。

研究高效、环保的电能转换技术具有重要意义。

PIC单片机加PWM芯片的开关电源的设计2009-02-25 14:00随着各种电器和仪表设备的日渐丰富，对电源应用的灵活性提出了更高的要求。

设计一款使用灵活、方便且价格相对便宜的通用电源，正越来越成为市场所需。

现代单片机正朝着处理速度越来越快，外设资源越来越丰富，价格越来越便宜的方向发展，将单片机融入电源的设计中可以极大地提升电源的性能和灵活性。

本文介绍了一种单片机加PWM芯片的开关电源设计方法，既可以保留PWM 芯片带来的稳定工作性能，又可以利用单片机的控制能力提供各种人机交互和通信接口。

笔者设计的电源作为通用电源使用，可以提供灵活可编程的电压电流输出，另外还可以设置成铅酸电池充电器的模式，具有广阔的应用前景。

1 系统功能通过对电源的编程，可以方便地实现图1所示的电压输出波形。

其中，V1、V2、T1、T2、dv、dt都是可以通过编程来设定的。

电压值的输出范围为0～16V，最大输出电流为10 A。

输出电压精度为0.1 V，电流精度为10mA。

电流的设定值指的是允许输出的最大电流，也可以被编程为与输出电压一样的波形。

图1 编程输出电压波形另外，电源也可以工作在铅酸电池充电器的模式（简称“LBC模式”）。

根据铅酸电池的特性，当电源工作在LBC模式时，电源首先将输出较大的充电电压和电流V1/I1，至少维持10s；当充电电流降到小于设定值I2时，电源输出较小的充电电压和电流V2/I2。

如果到了设定时间T1，充电电流还未降到I2以下，这时电源输出也会降为V2/I2。

当输出电流再次大于I2时，电源将再次输出V1/I1充电。

其中，V2设定值必须小于14V。

若设置为大于14 V，电源会自动将其设成14 V。

I2的值必须大于1/8I1，否则将被自动设成1/8I1。

LBC 模式如图2所示。

图2 LBC模式用户可以通过3种方式对电源进行输出设定：①通过电源面板上按键编程。

通过按键对输出电压、电流限流值、时间等量进行设定。

摘要传统的整流装置是电网污染的主要来源，三相电压型PWM整流器具有输出电压恒定、能实现单位功率因数运行、电能双向流动等特点，因而成为目前电力电子领域中的热点课题之一。

随着大规模集成电路技术及计算机技术的发展，采用微处理器作为硬件控制核心的微机控制器将成为今后整流器的发展方向。

随着控制方法的不断改进与发展，对微机整流控制器的运算速度提出了非常高的要求。

本文根据设计要求，以DSP(数字信号处理器)作为控制核心，研究并设计了基于DSP的PWM整流器。

本文首先介绍了PWM整流器的发展状况，说明了DSP与其他单片机或通用微处理器相比在性能上的优势。

从整流主电路、控制电路、测量电路、SVPWM调制方法等几个方面论述了基于DSP的PWM整流器的硬件设计以及主要实时软件的流程图和实现方法。

文中还介绍了PIM(功率智能模块)的使用，并基于此设计了系统的主电路，并用TMS320F2812的汇编语言与C语言结合进行了软件编程。

由于采用了这些先进技术，使得本文中的PWM整流器结构简单、性能可靠、操作方便。

关键词：PWM整流器；空间电压矢量脉宽调制；数字信号处理器；智能功率模块Title: The Design of Three-phase PWM rectifier Based on DSPAbstractThe conventional rectifier Produce harmonic Problem in power system. While three-phase PWM VSR (voltage source rectifier) can provide constant dc bus voltage and get unity Power factor .It also has line Power feedback capability So it is becoming interested in power electronics field.With the development of large-scale integrate circuit technology and computer technology，microcomputer-based rectifier controller will become the main stream of rectifier controllers in the future. Constant improvement in rectifier control microcomputer -based rectifier controller. According to this requirement,the paper studies and designs the DSP-based rectifier controller by using DSP (Digital Signal Processor) as the control center.This paper introduces the control function and the developing tendency of PWM rectifier. And, it illustrates DSP's performance advantage compared with the other single chips or general-purpose processors. It deals with the design of the DSP-based rectifier's hardware and the flowchart and realization method of its software from the aspects of control circuit, measuring circuit.main circuit and the method of realizing SVPWM. The paper also introduces use of IPM (Intelligent Power Module), and designs main circuit based on it. Because of the adoption of these advanced technologies, the PWM rectifier structure is simpler, its performance as retiadte and its operation convenient.Keywords： PWM rectifier；SVPWM；DSP；IPM目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1课题的研究目的和意义 (1)1.2传统整流装置的缺点 (1)1.3 三相PWM整流器的国内外发展状况 (2)1.3.1国内外发展现状 (2)1.3.2 PWM整流器的研究状况 (5)1.3.3 PWM整流器控制技术研究方向 (7)1.4本文的主要研究内容 (8)第二章PWM整流器的工作原理、拓扑结构及数学模型 (9)2.1 PWM整流器的工作原理 (9)2.2 PWM整流器电路拓扑 (11)2.2.1电压型PWM整流器拓扑结构 (11)2.3三相PWM整流器数学模型 (14)2.3.1三相PWM整流器动态数学模型 (14)2.3.2基于状态空间平均法数学模型 (17)第三章整流器主电路参数的选择 (20)3.1直流侧电压的选定 (20)3.2交流侧电感的设计 (20)3.3直流侧电容的设计 (21)3.4电路参数设定 (22)第四章PWM整流器的硬件设计 (23)4.1控制系统的设计 (23)4.1.1处理器的选择 (23)4.1.2实时时钟 (24)4.1.3电源转换电路 (25)4.1.4开关量输入电路设计 (26)4.2测量回路的设计 (27)4.2.1直流电压采样电路 (27)4.2.2交流电流采样电路 (28)4.2.3电网电压同步信号采样电路 (30)4.2.4相位及频率测量 (31)4.3主回路的设计 (31)4.3.1主回路智能功率模块的选择 (32)4.3.2输入电路 (33)4.3.3 DIP-IPM缓冲电路设计 (34)第五章基于DSP的空间电压矢量脉宽调制的实现 (35)5.1坐标变换 (35)5.2基于TMS320F2812的SVPWM的实现方法 (38)5.2.1占空比的确定 (39)5.2.2扇区的确定 (40)第六章软件设计 (42)6.1软件的可靠性设计 (42)6.1.1结构化软件设计的重要性 (42)6.1.2结构化编程原则 (42)6.1.3软件测试 (43)6.2高精度的定点运算 (43)6.2.1定点数的定标 (43)6.2.2定点数的运算 (45)6.3系统DSP软件设计 (45)6.3.1 PID控制子程序 (45)6.3.2同步中断子程序 (46)6.3.3保护程序设计 (46)结论 (49)致谢 (50)参考文献 (51)第一章绪论近20年来随着电力电子装置的广泛使用，由此引起的谐波污染问题日益严重，逐渐受到了人们的重视。

永磁同步电机坐标变换永磁同步电机是一种在电力系统中广泛应用的电动机，其特点是具有高效率、高功率因数和高控制精度等优点。

而坐标变换是永磁同步电机控制中的关键技术之一，它可以将电机的三相电流转换为两个同步旋转于电机磁场同步旋转坐标系中的dq坐标。

首先，让我们先了解一下永磁同步电机的基本原理。

永磁同步电机由一个固定不动的定子和一个绕组不动的转子组成，其中定子上布置了一组恒定的永磁体，而转子则通过一组三相绕组和逆变器来实现电流供应。

当电流通过绕组时，会产生电磁力矩，使转子产生旋转。

接下来，我们来了解一下坐标变换在永磁同步电机控制中的作用。

电机控制中最常用的是dq坐标系，因为在dq坐标系下，定子绕组中的磁场和转子绕组中的电磁力矩可以通过相对简单的方程描述。

通过将三相电流变换到dq坐标系中，我们可以方便地控制电机的磁场和转矩，实现对电机的精确控制。

那么，我们来看一下坐标变换的具体步骤。

首先，需要将三相电流转换为两相电流，即αβ坐标系。

在αβ坐标系中，α轴与电机的A相电流完全重合，β轴与α轴垂直。

通过以下转换公式可以将三相电流转换为αβ坐标系的电流：Iα= IaIβ= 2/3(Ib-(1/2)*Ia-Ic)其中，Ia、Ib和Ic分别是三相电流的幅值。

接下来，我们需要将αβ坐标系的电流转换到dq坐标系中。

dq坐标系的d 轴与磁场同步旋转，q轴与电磁力矩同步旋转。

转换公式如下：Id = Iα*cos(θ)-Iβ*sin(θ)Iq = Iα*sin(θ)+Iβ*cos(θ)其中，θ是dq坐标系的旋转角度，可以通过控制器根据电机的转速进行调节。

最后，通过将dq坐标系的电流反变换回αβ坐标系中，就可以得到最终的控制信号。

控制信号可以通过控制器对dq坐标系的电流进行调节，然后再通过反变换得到αβ坐标系的电流。

最终输出到逆变器中控制永磁同步电机。

总结起来，永磁同步电机的坐标变换是一种将三相电流转换为dq坐标系的技术，可以方便地控制电机的磁场和转矩，实现对电机的精确控制。