1、基于DSP的三相APFC的研究与实现Research and Implementation on the Three-phase APFC Based on DSP论文主要内容MAIN CONTENT 课题背景及意义三相APFC控制算法与仿真分析三相APFC系统硬件电路设计三相APFC系统软件设计实验结果验证与分析12345课题背景及意义第一章第 2 / 30 页课题研究背景及意义课题来源：企、事业单位委托项目“三相APFC技术的研究”背景意义研究意义研究现状改进思想 提高功率因数，抑制谐波污染 提升设备效率 提高电网输电品质 采用三个单相APFC代替一个三相APFC电路，存在三相耦合的问题，
2、功率因数低 三相APFC国内整体水平较低，落后于国外 单周期控制算法存在电流迟滞的问题 SVPWM算法还有改善的空间 基于DSP的数字化控制技术 采用PI双闭环控制策略提高输出稳定性 改进的SVPWM控制算法论文主要内容MAIN CONTENT 三相APFC控制算法与仿真分析课题背景及意义三相APFC系统硬件电路设计三相APFC系统软件设计实验结果验证与分析12345三相APFC控制算法与仿真分析第二章第 4 / 30 页系统主电路拓扑结构的选型第 4 / 30 页三相六开关三相六开关Boost型型三相双开关三相双开关两两电平电平三相单开关三相单开关三相三电平三相三电平NPC整流器整流器VIE
3、NNA整流整流器拓扑器拓扑 功率因数要求不高 小功率应用环境 功率因数要求不高 中等功率应用环境 可获得单位功率因数校正 适用于大功率应用 滤波电感小 功率因数高 功率器件较多 效率、功率密度高 单位功率因数 适用于中等功率应用 设计要求：设计一套三相电输入，相电压220V，功率10KW，直流输出电压为600V的具备APFC功能的样机。 可获得单位功率因数校正 适用于大功率应用三相电源三相电源六个功率开关六个功率开关第二章第 5 / 30 页三相APFC控制算法前馈前馈解耦算法解耦算法PI双闭环双闭环控制算法控制算法SVPWM控制算法控制算法第二章第 6 / 30 页三相APFC控制算法三相参
4、量的前馈解耦 电压与电流参量间存在三相耦合问题 参量都是时变物理量，不利于控制 交流参量关系式转换成直流参量关系式 各个控制量分别得到控制 控制系统简单abc/dq坐标变换第二章第 7 / 30 页三相APFC控制算法 对电流进行控制 消除交流电流的无功分量 实现电流的实时跟随电电流控制流控制环节环节 对电压进行控制 消除电压的无功分量 提高直流电压稳定性电压电压控制控制环节环节PI双闭环控制算法PI双闭环双闭环控制算法控制算法第二章第 8 / 30 页PI双闭环控制算法*23iidipdqiiqipqqdmuiqupdcdcKUKiLisKUKiiLiUsKiKUUs I_q_r = PID
5、_Calc(pid1, Vdc, Uref);U_d_r = -PID_Calc(pid2, I_d, 0) + w*L*I_q;U_q_r= - PID_Calc(pid2, I_q, I_q_r) - w*L*I_d + _IQsqrt(1.5) * Um;第二章第 9 / 30 页三相APFC控制算法SVPWM算法 动态响应特性好 输出电流谐波小 电压利用率高 功率因数接近1特点特点 接收PI双环处理后的有功分量 实现对开关管精确控制 将畸变的电流波形校正为标准正弦波。作用作用第四章第 10 / 30 页SVPWM算法33AUBUUCUU sign2sign4signNABCN12345
6、6扇区扇区X3/33Y/2233Z/22sdcsdcsdcU TUUUTUUUTU扇区扇区-ZZX-X-YYXY-YZ-Z-X扇区计算扇区计算矢量作用时矢量作用时间计算间计算第四章第 11 / 30 页SVPWM算法扇区扇区Tcm1Tcm2Tcm3N1N2N1N1/ 2xsyxzyTTTTTTTTTT算法改进：算法改进：引入滞后因子k，使得开关切换的时间点恰好避开电流最大的时间点，从而降低开关损耗。开关管开关管切换切换时间计算时间计算扇区扇区Tcm1Tcm2Tcm3N1N2N1N1(1)/ 2xsyxzyTkTTTTTTTTT第四章第 12 / 30 页SVPWM算法算法改进思路：引入滞后角，
7、使得开关切换的时间点恰好避开电流最大的时间点，从而降低开关损耗。,| 3030 ,3030 ,30 1, 0,30330,360 0, 30,901, 90,1500, 150,2101, 210,2700, 270,330k N1N2N1N1(1)/ 2xsyxzyTkTTTTTTTTT92.59393.59494.59595.59696.5024681012效率（%）功率（KW）SVPWM算法改进效果测试算法改进效果测试传统SVPWM算法改进SVPWM算法第二章第 13 / 30 页三相APFC仿真模型 仿真工具：MATLAB/Simulink 版本：2014b三相电三相电输入源输入源三相
8、电压电流三相电压电流信号检测模块信号检测模块输入侧等输入侧等效电感效电感三相六开关三相六开关全桥整流器全桥整流器系统主系统主控模块控模块SVPWM模块模块PI双双闭环控闭环控制器模块制器模块abc/dq坐标坐标变换器模块变换器模块第二章第 14 / 30 页三相APFC仿真模型系统稳态运行下的仿真波形系统稳态运行时的电流波形 电流波形为正弦波 电流与电压信号保持跟随，几乎无相位差 直流输出电压为600V，且稳定性良好结论结论：电流波形为正弦波第二章第 15 / 30 页三相APFC仿真模型负载突加时系统仿真波形负载突减时系统仿真波形 电流波形保持正弦波无畸变； 与电压波形保持跟随几乎无相位差；
9、 直流输出恢复速度快，稳定性好。论文主要内容MAIN CONTENT 课题背景及意义三相APFC控制算法与仿真分析三相APFC系统硬件电路设计三相APFC系统软件设计实验结果验证与分析12345三相APFC系统硬件电路设计第三章第 17 / 30 页三相APFC系统总体设计设计参数 输入相电压：Uin=220V AC 输出电压：Udc =600V DC 最大输出功率：Po=10KW 系统开关频率：fT=10KHz 输入电压频率：fs=50Hz 功率因数：PF95% 效率：90%TMS320F28335第三章第 18 / 30 页交流信号采样及调理电路互感器信号互感器信号-3.3V3.3V低通滤
10、波低通滤波电压跟随器电压跟随器前级放大前级放大限幅保护限幅保护上拉至上拉至03.3V第三章第 19 / 30 页直流信号采样及调理电路低通滤波低通滤波差分信号调差分信号调理电路理电路线性光耦线性光耦限幅保护限幅保护第三章第 20 / 30 页过零检测电路信号放大电路信号放大电路幅值变换电路幅值变换电路过零比较器过零比较器低通滤波低通滤波第三章第 21 / 30 页辅助电源电路设计IPM模块隔离电源电路模块隔离电源电路+5V供电电路供电电路15V电源电路设计电源电路设计第三章第 22 / 30 页系统主板及电源板PCB设计论文主要内容MAIN CONTENT 课题背景及意义三相APFC控制算法与
11、仿真分析三相APFC系统硬件电路设计三相APFC系统软件设计实验结果验证与分析12345三相APFC系统软件设计第四章第 24 / 30 页主程序与中断服务子程序设计主主控程序控程序中断控制中断控制程序程序第四章第 25 / 30 页控制算法程序设计算法改进：算法改进：引入滞后因子k，使得开关切换的时间点恰好避开电流最大的时间点，从而降低开关损耗。PI控制器控制器SVPWM算法算法论文主要内容MAIN CONTENT 课题背景及意义三相APFC控制算法与仿真分析三相APFC系统硬件电路设计三相APFC系统软件设计实验结果验证与分析12345实验结果验证与分析第五章第 27 / 30 页 GDS
12、1102数字示波器：1台 RK9800N数字功率计：1台 VC890C+万用表：1个 负载电阻：若干实验结果验证与分析第五章第 28 / 30 页实验结果验证与分析输出功率输出功率传统传统SVPWM算法算法改进改进SVPWM算法算法1kw4kw6kw10kw1kw4kw6kw10kwPFA相相0.9820.9890.9910.9950.9900.9930.9950.997B相相0.9830.9900.9920.9960.9910.9940.9960.998C相相0.9830.9900.9920.9970.9910.9950.9960.998效率效率(%)93.1393.6894.5195.4593.7294.4794.9295.96第五章第 29 / 30 页总结与展望已完成的工作p 三相APFC系统的控制算法研究及基于MATLAB的建模仿真分析p 三相APFC系统的硬件电路设计p 三相APFC系统的软件设计p 三相有源功率因数校正器样机测试与结论分析未来工作展望n 调整PI控制器的控制参数，提高系统仿真模型稳定性及反应速度n 进行其他电路拓扑与控制算法的实验研究，掌握更多的数据，改善系统控制n 进行三相APFC样机的升级，转化为产品谢谢各位答辩老师！Thank you
