电压型PWM整流器硬件设计与研究开题报告

1. 研究目的与意义

1.1 课题研究背景

随着电力电子技术的不断发展，变频器、高频开关电源、逆变电源等各种变换装置被广泛使用。然而这些变换装置大量被使用的同时，却也带来一些对电网不利的因素，因为在大部分变换装置使用中首先需要整流环节将交流电压转换成直流电压，而整流环节主要是通过功率二极管或者晶闸管组成的整流电路，这种方式在交流侧容易造成电流波形畸变，并向电网注入大量的无功功率和谐波，将会给电网造成严重的电磁污染，以致影响同网其他设备的正常使用。同时还存在功率因数低、直流电压波动等问题。目前能够有效解决变换装置所带来的负面效应的根本措施就是要求变换装置实现整流环节网侧电流达到正弦化，或者工作在单位功率因数等特性。一般来说，要想消除电网中的谐波并且获得较高的功率因数的方法，目前主要有两种：第一种方法是采用无功补偿器和滤波器，对网侧已经存在的谐波和无功功率进行一定的补偿；第二种方法是对整流设备进行进一步改进，从而使网侧电流达到正弦化，并且电流与电压相位相同，这样就不会产生谐波和消耗电网无功功率。

pwm 整流器的出现，使电网的状况得以改善。现pwm 整流器中采用的是全控开关器件，其电路结构简单，工作频率高且容易实现，它通过控制内部开关器件的通断从而达到控制整流器输入的电流波形，进而实现电压电流的同相位或反相位。pwm 整流器的网侧功率因数能够近似达到1，谐波含量少，它的直流侧电压可控，并且这种结构的整流器能在四象限运行，能够工作在整流状态或逆变状态，能够减少装置对电网的污染，是一种真正的绿色装置。

2. 研究内容和预期目标

2.1主要研究内容：

本课题主要是在理解 pwm 整流器工作原理的基础上，针对pwm 整流器工作中可能会出现的问题，设计基于dsp为主控制器的采样与脉冲处理电路。主要的研究内容有：

1）pwm 整流器采样电路的设计包括：

3. 研究的方法与步骤

pwm整流器硬件电路设计

对于硬件电路的设计，首先需要确定整个系统的整体参数。对于不同的电压输入，整个电路中电感和电容等相关参数就需要进行相应的匹配。电路中采样电路需设计电路将强电与弱电隔离以保护电路，采样采用tms320f240内含的a/d模块，模块中含有2个内部采样和保持的a/d，能满足要求，考虑到转换器只能接受0—3.3v电压，还需要设计电路将检测的一些信号成比例地转换到这个范围内。此外为解决传统电压过零检测的过零点在跳变时的波形高频抖动问题，可以在采样电路中添加锁相器。dsp作为主要的控制器，它输出的脉冲信号是3.3v的信号，但实际igbt需要的电压是5v或者其他电平，所以要将脉冲适当处理还需转换再提供给功率单元。最后在dsp对接收到的信号进行处理时，如果出现故障，dsp能够及时进行动作对故障进行反应。在硬件电路图确定之后，就要进行pcb图的设计。对于整个硬件电路的排版布局进行设计，根据系统原理设计pcb电路板，查看电路原理图选定实物的模型，组成实物的基本模型。如果电路设计确定无误之后，还可以尝试进行实物电路板的焊制，烧录软件程序，在实物上进行调试，让整个电路能够真正运行。

系统运行流程图 见附件

4. 参考文献

[1] 张兴，pwm整流器及其控制，机械工业出版社，2012

[2] 陈坚，电力电子学，高等教育出版社，2004

[3] 王久和，电压型pwm整流器的非线性控制，机械工业出版社，2015

5. 计划与进度安排

（1）2017.1.05—2017.3.01有针对性的学习课题相关资料,学习相关学科的基础知识，学习课题所需硬件的相关知识，并撰写开题报告；

（2）2017.3.02—2017.3.20设计硬件采样电路与脉冲分配电路；

（3）2017.3.21—2017.4.25开始绘制pcb，完成相关电路板的绘制；