基于DSP的三相APFC的研究与设计

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随着现代电力电子技术的发展,各种现代电力电子设备和非线性负载被大量应用到电网中,使得大量的谐波注入电网,导致电流和电压的波形畸变影响了电能质量。此外,受很多低功率因数非线性电力电子设备的影响,同样也会降低电能质量。因此,为了保证用户正常用电,提高电能质量,减少谐波对电网的影响就成为了现代电力领域域研究的热点。为了减少谐波,专家们提出了很多种方法。有源功率因数校正(Active Power Factor Correction,以下简称为APFC)技术是目前提高功率因数,减少电网谐波污染,降低线路损耗和节约能源最有效的方法之一。因此,研究和设计基于DSP的三相APFC意义重大,并且该产品具有广阔的市场发展前景。本文采用TI公司DSP产品TMS320F28335,体积小,成本最低,采用成熟先进的平均电流控制方法,主电路为Boost升压电路,研制出一款功率因数校正器。主要内容如下:1、介绍国内外功率因数校正的研究现状以及APFC的研究成果,然后介绍APFC的原理,并在众多控制方案中选用平均电流控制方案。接着介绍了APFC的硬件制作,包括原理图绘制,各模块以及器件的功能介绍,各器件参数计算与选型。2、利用Matlab/Simulink建立系统模型,进行仿真,得出仿真结果,验证了本文APFC原理的正确性。再介绍控制原理和算法,软件流程,软件设计,在理论分析和仿真研究的基础上,用C语言编写相应的程序,制作了整个装置的试验样机,给出了试验样机的测试结果。测试结果表明,系统达到了设计要求,具有良好的工程实用价值。3、对全文进行总结,根据设计目标和最终结果,指出文章取得的成果,还未完成的工作,以及研究中存在的不足之处。对课题研究进行展望,根据不足之处提出今后努力的方向。
摘要第4-5页
Abstract第5页
第1章 绪论第9-18页
    1.1 课题研究背景、目的和意义第9-10页
        1.1.1 课题研究背景第9-10页
        1.1.2 课题目的和意义第10页
    1.2 功率因数校正与谐波抑制技术第10-15页
        1.2.1 功率因数第10-11页
        1.2.2 功率因数与谐波的关系第11页
        1.2.3 不良功率因数来源第11-13页
        1.2.4 解决谐波污染的措施第13-15页
    1.3 国内外三相 APFC 研究发展概况第15-16页
    1.4 本文主要研究内容第16-17页
    1.5 本章小结第17-18页
第2章 三相 APFC 的基本原理第18-32页
    2.1 APFC 工作原理及分类第18-20页
        2.1.1 APFC 的工作原理第18页
        2.1.2 APFC 的分类第18-19页
        2.1.3 APFC 的优缺点第19-20页
    2.2 三相 APFC 的基本拓扑第20-27页
        2.2.1 单相 APFC 组合的三相 APFC 电路第20-21页
        2.2.2 三相单开关 APFC 电路第21-23页
        2.2.3 三相双开关 APFC 电路第23-24页
        2.2.4 三相三开关 APFC 电路第24-25页
        2.2.5 三相四开关 APFC 电路第25-26页
        2.2.6 三相六开关 APFC 电路第26-27页
    2.3 APFC 的控制模式第27-30页
        2.3.1 电感电流断续导通控制模式(DCM)第27-28页
        2.3.2 电感电流连续导通控制模式(CCM)第28-30页
        2.3.3 平均电流控制第30页
    2.4 本章小结第30-32页
第3章 三相单开关 APFC 技术的研究第32-39页
    3.1 三相单开关 APFC 电路研究第32-36页
        3.1.1 三相单开关 Boost 主电路及 DCM 下工作原理第32-33页
        3.1.2 电路工作状态分析第33-36页
    3.2 平均电流控制技术在三相单管中的应用第36-38页
    3.3 本章小结第38-39页
第4章 三相有源功率因数校正器的设计第39-55页
    4.1 主电路元件参数设计与选择第40-43页
        4.1.1 系统设计要求第40页
        4.1.2 开关选择第40-41页
        4.1.3 电感设计第41-42页
        4.1.4 电容选择涉及的因素第42页
        4.1.5 其他元件的选择第42-43页
    4.2 控制电路设计第43-46页
        4.2.1 DSP F28335 介绍第43-44页
        4.2.2 DSP F28335 最小系统第44-46页
        4.2.3 DSP 最小系统调试波形第46页
    4.3 驱动电路设计第46-47页
    4.4 保护电路设计第47-48页
    4.5 采样电路设计第48-51页
    4.6 辅助电源设计第51-53页
    4.7 人机界面第53-54页
    4.8 本章小结第54-55页
第5章 三相有源功率因数校正器的软件设计第55-62页
    5.1 系统软件结构设计第55-57页
    5.2 输入电压前馈第57-60页
    5.3 软启动的实现第60-61页
    5.4 本章小结第61-62页
第6章 三相有源功率因数校正器的仿真与实验第62-69页
    6.1 仿真软件介绍第62页
    6.2 建立仿真模型第62-64页
    6.3 仿真结果第64-66页
    6.4 样机实现与结果第66-68页
    6.5 本章小结第68-69页
第7章 全文总结及展望第69-72页
    7.1 全文总结第69-70页
    7.2 后期工作展望第70-72页
参考文献第72-75页
致谢第75-76页
附录 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文第76页
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