图2.4 三相VSR滞环电流控制系统结构
该三相VSR滞环电流控制系统是一个双闭环控制系统，其外环是直流电压控制环，内环是交流电流控制环。外环PI调节器的输出为直流电流信号Is，Is分别和a,b,c三相相电压同
***相位的正弦信号相乘，于是可以得到三相交流的正弦指令信号ia，ib和ic。由于未发生相位***的改变，因此ia，ib和ic分别和各自的电源电位同相位，其幅值与Is成正比，这就是PWM整
流器能满足单位功率因数运行时电流内环所需要的交流电流指令信号。电流内环采用的是非线性环节——滞环，交流指令信号与实际交流电流信号进行滞环比较。以a相为例，当实际
**电流ia?ia调制电路的输出使系统网侧输入电流增大；当实际电流ia?ia?ih/2时，?ih/2时，
调制电路的输出使系统网侧输入电流减小。
综上所述，三相VSR滞环电流控制系统结构简单，电流响应快，控制运算中不需要求得电路参数，系统的鲁棒性较好，因而获得广泛的应用。由于加入了电流内环，所以可以提高三相VSR限流保护能力。具体是因为系统在每一个载波周期都对电流进行比较，因此当发生电流过大时，可以快速动作保护。双闭环系统也是一个一阶系统，属于无条件稳定系统，因此在设计时，参数的计算比较简单
2.4 SPWM调制波的实现
2.4.1 89C52简介
89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机系列中的增强型产品，作为以CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机。其引脚结构如图2.5所示。
对于89C52单片机进行简略概述，如下所述： 1、189C52的工作电压为5.0V； 2、具有32个双向I/O口； 3、封装形式有PDIP和PLCC；
4、重要引脚功能有：
1）RST引脚：89C52的复位引脚；
2）ALE/PROG引脚：在FLASH编程时，用于输入编程脉冲；在其它时间，输出正脉冲信号，且频率为1/6；
3）PSEN引脚：外部程序存储器的选通信号；
4）EA 引脚：当该引脚为低电平时，直接访问外部数据存储器；当该引脚为高电平
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时，先访问内部数据存储器；
5）XTAL1和XTAL2引脚：主要是用于组成时钟电路。
图2.5 89C52引脚结构
在本设计中，89C52单片机的主要有3个作用，具体为： 1、控制SA8281芯片产生SPWM波。
2、与霍尔电压传感器一起组成直流侧电压检测电路。 3、与电流互感器一起组成交流侧过电流检测电路。
2.4.2 SA8281工作原理简介
SA8281是由MITEL公司生产的一种用于三相SPWM波发生和控制的集成电路，基于SA8281和89C52的变频器具有电路简单、功能齐全、性能价格比高、可靠性好等优点。SA8281采用28脚DIP和SOIC封装两种形式。其DIP封装引脚如图2.6所示。主要分两类，一类是和微机处理器接口的控制引脚，另一类是SPWM脉冲输出的控制引脚。
图2.6 SA8281的引脚排列
2.4.3 SA8281各引脚功能简介
1、与微处理器的接口和控制引脚AD0和AD7：数据和地址复用总线。CS、WR、RD、ALE分别是片选、写、读和地址锁存信号线。 2、SPWM脉冲输出和控制引脚为：
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1）RPHB、YPHB、BPHB引脚：分别通过驱动电路控制R、Y、B的下臂开关管。 2）RPHT、YPHT、BPHT引脚：分别通过驱动电路控制R、Y、B的上臂开关管。 3）SET TRIP引脚：通过该引脚可以快速关断所有SP-WM信号输出，高电平有效。 4）TRIP引脚：输出闭锁状态。当SET TRTP有效时，TRIP为低电平，表示输出已经闭锁。 5）ZPPR引脚：输出调制波频率。 6）WSS引脚：输出采样波形。 3、其他引脚为：
1）RST引脚：硬件复位引脚，低电平有效。 2）CLK引脚：时钟输入端。 3）VDD和VSS引脚：正负电源端。
2.4.4 SA8281的内部结构及工作原理分析
SA8281的内部结构如图2.7所示。
图2.7 SA8281的内部结构
SA8281与89C52的接口原理图如图2.8所示。
图2.8 SA8281与89C52的接口原理图
如图2.8所示，89C52的PO口与SA8281的地址数据总线直接连接，3条控制线、RD、WR、ALE分别与89C52相应的引脚进行连接。片选信号CS与P2.7相接，89C52的Pl.0控制SA8281的复位脚RST，引脚INTO与引脚TRIP相连。由于89C52单片机没有非屏蔽中断，设计时将所有故障信号合并后，传送到SA8281的SET TRIP引脚，从而实现有故障时的快速闭锁，并通过引脚TRIP产生中断，在中断服务程序中进行故障的处理及恢复等工作。为了避免误闭
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锁，所以需要给各故障信号均加上滤波延迟电路，合并后的故障信号进一步经由单稳电路构成的窄脉冲消除电路以消除干扰脉冲的影响。
通过软件设定载波频率、调制频率、最小脉宽、调制比、死区时间等工作参数后，只有当输出频率或幅值等需要改变时才需89C52的干预，单片机只用很少的时间去控制它，因而89C52的主要任务是保证功率器件在正常的工作条件下运行，出现异常情况时能够及时检测出故障并闭锁系统输出，切断主回路电源，使系统停止工作，从而保证功率器件不受损坏。
2.5 对于三相VSR交流侧电感、直流侧电容参数选择的分析
2.5.1 三相VSR交流侧电感分析
交流侧电感除了能用来滤波，还可以进行能量的传递和电压的平衡。对电感的选取是至关重要的，如果设计中电感的选取过小，则会导致输入电流的谐波含量偏大；如果选取过大，则会使整个控制系统的电流跟踪速度降低。
对于三相VSR交流侧电感参数的选择一般有两个指标。 1、满足三相VSR有功（无功）功率稳态指标。
图2.9表示在只讨论基波正弦电量，且稳态时的VSR交流侧矢量关系图。
图2.9 VSR交流侧稳态矢量关系
图2.9中，E表示电网电动势，V表示交流侧控制电压，VL表示电感电压，I表示交流侧电流。
当三相VSR直流侧的电压vdc确定后，VSR交流侧电压的最大峰值也可以得到确定，即
Vmax?Mvdc （2-15）
式中，M表示三相PWM相电压最大利用率。
当调制方式采用双极性SPWM调制时，则M=0.5。当采用空间矢量PWM（SVPWM）控制时，则M?33。
当三相VSR采用SPWM控制时，忽略整流电路的损耗，则：
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??p?? ?q????? 式中：p为交流侧有功功率； q为交流侧无功功率； M为相电压最大利用率； Em为电网相电动势峰值； Im为交流侧基波相电流峰值。 则交流侧电感值为：
3EmImcos?23EmImsin? （2-16） 21M?212222Emsin?cos??Emcos?Emsin2??vdc?Em4 L? （2-17）
2p? 式中：vdc为整流器直流侧电压。
由上式得三相电压型PWM整流器在4个特殊工作点时的电感上限值。 ??90时，纯电感特性。电感上限值如下所示：
26Em?3Emvdc2E?v或mdc （2-18） L?4q?2Im?? ??0时，单位功率因数整流。电感上限值如下所示：
L?223Emvdc?4Em?4p?或22vdc?4Em2Im? （2-19）
? ???90时，纯电容特性。电感上限值如下所示：
23Emvdc?6Emv?2Em或dc L? （2-20）
4(?q)?2Im?? ???180时，单位功率因数逆变。电感上限值如下所示：
L?223Emvdc?4Em4(?p)?或22vdc?2Em2Im? （2-21）
2、满足三相VSR瞬态电流跟踪指标。
对于图2.2所示的三相VSR拓扑结构，其a相电压方程为：
Ldiav?Ria?ea?(vdcsa?dcdt3k?a,b,c?s) （2-22）
kk 当忽略三相VSR交流侧电阻R，且令vsa?ea?vdc/3k?a,b,cdia L?vsa?vdcsa （2-23）
dt?s，则化简式（3-11）为
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