基于三相PWM整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 題 目： 基于三相pwm整流器的蓄電 池充放電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化二班 摘 要在蓄電池的生產(chǎn)過(guò)程中需要對(duì)蓄電池進(jìn)行循環(huán)充放電，對(duì)蓄電池進(jìn)行化成，以激活蓄電池。傳統(tǒng)蓄電池充放電機(jī)大多采用晶閘管變流方式，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低，諧波污染嚴(yán)重。此處研發(fā)了一種基于 pwm 的蓄電池充放電機(jī)，該裝置可運(yùn)行于單位功率因數(shù)而使諧波變小，并且可將電池的放電能量饋送電網(wǎng)本文主電路采用三相電壓型 pwm 整流器，這是一個(gè)強(qiáng)耦合、時(shí)變非線性系統(tǒng)，控制較為復(fù)雜。本論文側(cè)重于工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，綜合考慮設(shè)計(jì)方案的可行性，可靠性，成本，生產(chǎn)工藝等方面的因素。主要包括控制方法的研究、空間矢量的實(shí)

2、現(xiàn)、系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計(jì)。本文介紹三相 pwm 整流器的基本理論，先介紹 pwm 整流器的典型拓?fù)浜凸ぷ髟?，并建立了三相電壓?pwm 整流器在 abc 三相靜止坐標(biāo)系和 dq 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型?；?dq 數(shù)學(xué)模型，完整給出采用 pi 前饋解耦的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。外環(huán)為電流或電壓環(huán)，用于控制恒流充放電電流和恒壓充電電壓。內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，用于快速跟蹤外環(huán)的指令，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)和正弦波電流控制。關(guān)鍵詞：整流器；蓄電池；pwm； 坐標(biāo)變換abstractthe battery needs charging and discharging repeatedly in producing

3、, so as activated. most traditional charging-discharging device of storage battery using thyristors has many disadvantages. such as low power factor and high harmonics. a novel battery charging and discharging device base on pwm is researched and developed, which can operate with unit power factor a

4、nd low harmonics, and feed the discharged energy back to the utility ac line.the main circuit of this paper is three-phase voltage source pwm rectifiers, which is astrong coupling, time-varying nonlinear system, control is more complicated. this paperfocuses on the engineering design and implementat

5、ion. it takes various elements such asfeasibility, reliability, cost andproduction engineering into thecompr ehensive consideration,including the research of control methods, the implementation of space vector, the design of hardware and software, and the development of prototype.this paper introduc

6、es the basalofthree-phase voltage source pwm rectifiers. firstly, the typical topologies and principal of pwm rectifier is analyzed in this paper. the mathematical models of three-phase voltage source pwm rectifier in abc three-phase stationary anddqtwo-phasesynchronous rotating coordinate system ar

7、e established.pi and feedforward decoupling two loop control method is presented completely based on dq mathematical model.the external loop is to control the charging-discharging current or to control the charging voltage. the inner loop tails the current index of the external loop to realize unity

8、 power factor and sinusoidal current control.sincluding structure of program, control algorithm, realization of program. the program has many advantages of simple code, precise calculation and swift response.keywords: rectifier;pwm;storage battery;three-phase voltage. 目錄 摘 要iabstractii第1章 緒 論11.1 研究

9、背景及意義11.2 蓄電池充放電裝置的現(xiàn)狀和發(fā)展21.3 本課題的研究?jī)?nèi)容3第2章 三相電壓型 pwm 整流器的原理及控制52.1 pwm 整流器常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)52.1.1 電壓型三相pwm 整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)52.1.2電流型 pwm 整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)62.2 pwm 整流器的運(yùn)行基本原理72.3 三相 vsr 數(shù)學(xué)模型82.3.1 三相 vsr 的一般數(shù)學(xué)模型82.3.2 三相 vsr dq 模型102.4 三相電壓型 pwm 整流器的控制122.4.1 常用控制方法122.4.2 三相 vsr 的解耦控制方法142.4.3 三相 vsr 空間矢量控制15第3章 蓄電池充放電裝置的硬件設(shè)計(jì)163.

10、1 硬件系統(tǒng)構(gòu)成163.2 主電路設(shè)計(jì)173.2.1 功率器件 igbt 的選型173.2.2 三相 vsr 電感設(shè)計(jì)183.2.3 電容的設(shè)計(jì)183.3 輔助電源電路設(shè)計(jì)193.4 檢測(cè)控制電路設(shè)計(jì)213.4.1 tms320f28035 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)213.4.2 蓄電池電流采樣電路設(shè)計(jì)213.4.3 蓄電池電壓采樣電路設(shè)計(jì)233.4.4 交流側(cè)電流采樣電路設(shè)計(jì)233.4.5 電網(wǎng)電壓過(guò)零檢測(cè)和電壓采樣電路設(shè)計(jì)243.4.6繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)253.4.7 相序檢測(cè)電路設(shè)計(jì)263.4.8 can 通信接口電路設(shè)計(jì)273.5 本章小結(jié)27第4章 系統(tǒng)裝置的軟件設(shè)計(jì)及結(jié)果284.1 控制系

11、統(tǒng)的構(gòu)成284.2 電網(wǎng)周期與 pwm 周期的計(jì)算314.3 a/d 采樣324.4本章小結(jié)33結(jié)束語(yǔ)34參考文獻(xiàn)35致 謝37附錄a 系統(tǒng)電路圖38第1章 緒 論1.1 研究背景及意義 鉛酸蓄電池是產(chǎn)生于 1859 年，如今已經(jīng)成為世界上廣泛使用的一種儲(chǔ)能設(shè)備，具有供電可靠、移動(dòng)方便、電壓特性平穩(wěn)、適用于大電流放電及廣泛的環(huán)境溫度范圍、使用壽命長(zhǎng)、適用范圍廣、及造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。主要應(yīng)用在交通運(yùn)輸、通訊、鐵路、電力、礦山、計(jì)算機(jī)、國(guó)防、港口、科研等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，其使用量和產(chǎn)量均占所有二次電池的 90%左右，相對(duì)于其它蓄電池仍然具有不可代替的地位。在蓄電池生產(chǎn)過(guò)程中，不管是極板化成，還是電池

12、的活化，充放電是一個(gè)很關(guān)鍵的過(guò)程，首先要保證按充放電工藝對(duì)電池進(jìn)行充放電，其次由于蓄電池生產(chǎn)廠家都是批量生產(chǎn)電池，由于對(duì)電池充放電的時(shí)間長(zhǎng)和充放電電流大和電壓高，充放電所消耗的電能就非常大，所以充放電過(guò)程中如何節(jié)能也是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題，為此充放電裝置在此扮演著很重要的角色。傳統(tǒng)的蓄電池充放電裝置大部分采用可控硅整流，這種是一種非線性負(fù)荷，會(huì)產(chǎn)頻率為工頻頻率的整數(shù)倍的諧波。例如三相六脈波整流器所產(chǎn)生的諧波主要是5次和7次，而三相 12 脈波整流器所產(chǎn)生的諧波主要是 11 次和 13 次。諧波的危害十分嚴(yán)重，它能使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率大大降低，使電氣設(shè)備過(guò)熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化

13、，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。諧波對(duì)公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個(gè)方面： 1、加大企業(yè)的電力運(yùn)行成本。由于諧波不經(jīng)治理是無(wú)法自然消除的，因此大量諧波電壓電流在電網(wǎng)中游蕩并積累疊加導(dǎo)致線路損耗增加、電力設(shè)備過(guò)熱，從而加大了電力運(yùn)行成本，增加了電費(fèi)的支出。2、降低了供電的可靠性。諧波電壓在許多情況下能使正弦波變得更尖，不僅導(dǎo)致變壓器、電容器等電氣設(shè)備的磁滯及渦流損耗增加，而且使絕緣材料承受的

14、電應(yīng)力增大。諧波電流能使變壓器的銅耗增加，所以變壓器在嚴(yán)重的諧波負(fù)荷下將產(chǎn)生局部過(guò)熱，噪聲增大，從而加速絕緣老化，大大縮短了變壓器、電動(dòng)機(jī)的使用壽命，降低供電可靠性，極有可能在生產(chǎn)過(guò)程中造成斷電的嚴(yán)重后果。3、引發(fā)供電事故的發(fā)生。電網(wǎng)中含有大量的諧波源（變頻或整流設(shè)備）以及電力電容器、變壓器、電纜、電動(dòng)機(jī)等負(fù)荷，這些電氣設(shè)備處于經(jīng)常的變動(dòng)之中，極易構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)的諧振條件。當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)配合不利時(shí)，在一定的頻率下，形成諧波振蕩，產(chǎn)生過(guò)電壓或過(guò)電流，危及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，如不加以治理極易引發(fā)輸配電事故的發(fā)生。4、影響通訊系統(tǒng)的正常工作。當(dāng)輸電線路與通訊線路平行或相距較近時(shí)，由于兩者之間存在靜電感應(yīng)

15、和電磁感應(yīng)，形成電場(chǎng)耦合和磁場(chǎng)耦合，諧波分量將在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生聲頻干擾，從而降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量，破壞信號(hào)的正常傳輸，不僅影響通話的清晰度，嚴(yán)重時(shí)將威脅通訊設(shè)備及人身安全。為了解決傳統(tǒng)蓄電池充放電裝置的諧波污染問(wèn)題，可以使用諧波補(bǔ)償裝置來(lái)前減少諧波，這對(duì)于各種各樣的諧波源來(lái)說(shuō)，都是適用的。另外一種方法就是開發(fā)新型電力電子變流器，使其產(chǎn)生較小甚至不產(chǎn)生諧波，且運(yùn)行在單位功率因數(shù)。這種變流裝置稱為單位功率因數(shù)變流裝置。在功率不大的場(chǎng)合下，可采用全控型 pwm 整流器來(lái)替代傳統(tǒng)的二極管和晶閘管整流。pwm 整流器是通過(guò)高頻控制開關(guān)管的開通與閉合，使電網(wǎng)輸入電流為正弦波，并且電流和電壓保持同相位或反相位

16、，達(dá)到單位功率因數(shù)運(yùn)行。所以對(duì) pwm 整流器進(jìn)行深入研究具有非常重要的意義。國(guó)內(nèi)在這方面的研究起步較晚，目前同國(guó)外的應(yīng)用和研究水平相比有較大的差距。將 pwm 變流器應(yīng)用到蓄電池充放電裝置，這方面的研究較少。對(duì)基于 pwm 變流器的蓄電池充放電裝置進(jìn)行控制研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，符合建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)發(fā)展的需要。 1.2 蓄電池充放電裝置的現(xiàn)狀和發(fā)展目前蓄電池充電裝置有以下四種：1、自耦變壓器型：該充電裝置沒有恒流充電功能，充電的電流隨電網(wǎng)的電壓變化而變化，必須通過(guò)人工不斷調(diào)整才能進(jìn)行充電。該充電裝置質(zhì)量不易保證，處于淘汰狀態(tài)。2、功率晶體管型：該充電裝置采用晶體管為工作器件，其工作在線

17、性狀態(tài)，通過(guò)調(diào)整功率其 c-e 極壓降來(lái)穩(wěn)壓調(diào)整輸出電壓，穩(wěn)定輸出電流。該裝置輸出電流和電壓波形都很好，但由于功率晶體管工作在線性狀態(tài)，能量消耗大。目前這類型的充電裝置不是以給蓄電池充電為主要目的，而是利用其輸出電流和電壓波形很好的特點(diǎn)，作為測(cè)試儀器，精確測(cè)量蓄電池的容量等性能。 3、晶閘管型：該裝置采用晶閘管作為主要器件，通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)調(diào)整流輸出電壓，實(shí)現(xiàn)恒流恒壓充電。該類型的裝置以其容量大、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)成為目前應(yīng)用最廣泛的蓄電池充電裝置。但其網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低、諧波污染嚴(yán)重，體積龐大。隨著人們對(duì)節(jié)能和低污染的日益重視，這類型的裝置將逐步淘汰。 4、igbt 和 mosfet：該類型

18、裝置采用全控型器件 igbt 和 mosfet 作為主要器件，通過(guò)高頻 pwm 控制開關(guān)管使網(wǎng)側(cè)為單位功率因數(shù)、直流側(cè)為純直流。從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上來(lái)看，有三相電壓型 pwm 整流器、三相電壓型 pwm 整流器加 buckboost、pfc 加移相全橋、z 源等。該類型充電裝置電氣性能優(yōu)越、低損耗，發(fā)展?jié)摿薮蟆?.3 本課題的研究?jī)?nèi)容 本課題致力于研發(fā)高功率因數(shù)、高效率、低污染的蓄電池充放電裝置，以滿足人們對(duì)高效環(huán)保能源的需求。為了更好地切入蓄電池充放電裝置市場(chǎng)，在保證可靠性和可靠性的前提下，必須盡可能壓縮成本，同時(shí)也要考慮生產(chǎn)工藝，確保生產(chǎn)與維護(hù)簡(jiǎn)單。本課題以三相電壓型 pwm 整流器作為主要

19、研究對(duì)象，闡述 pwm 整流器的工作原理，并建立其數(shù)學(xué)建模，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)前饋解耦控制器，然后根據(jù)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了基于 pwm 的蓄電池充放電裝置樣機(jī)。最后，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證基于 pwm 的蓄電池充放電裝置控制方法、工程設(shè)計(jì)的有效性和優(yōu)越性。主要內(nèi)容歸納如下： 1、本課題主電路使用三相 pwm 整流器，第二章介紹了三相 pwm 整流器的原理及控制方法。先簡(jiǎn)要介紹 pwm 整流器的四象限運(yùn)行原理及其拓?fù)洌偌薪榻B三相 pwm整流器在 abc 三相靜止坐標(biāo)系和 dq 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，再介紹前饋解耦和空間矢量控制。從模型到控制，都用數(shù)學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)的推導(dǎo)，將三相

20、pwm 整流器作了詳細(xì)系統(tǒng)的分析。 2、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括主電路設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)和保護(hù)電路設(shè)計(jì)等部分。硬件設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：主電路與控制電路全隔離、全數(shù)字控制、充分考慮成本與生產(chǎn)工藝。 3、系統(tǒng)采用 ti公司的 tms320f28035 作為主控芯片。本文給出了程序的結(jié)構(gòu)與功能，并分析 ad 采樣，控制計(jì)算，中斷保護(hù)等的實(shí)現(xiàn)方法。程序具有代碼簡(jiǎn)單，運(yùn)算精度高，響應(yīng)速度快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)。軟件設(shè)計(jì)的介紹詳細(xì)，可操作性強(qiáng)。 第2章三相電壓型 pwm 整流器的原理及控制2.1 pwm 整流器常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 隨著 pwm 整流器技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，已經(jīng)設(shè)計(jì)出多種多樣的 pwm 整流器。pw

21、m整流器按直流側(cè)儲(chǔ)能形式可分為：電壓型和電流型；按電網(wǎng)相數(shù)分類可分為：?jiǎn)蜗?、三相與多相電路；按 pwm 開關(guān)調(diào)制分類可分為：軟開關(guān)調(diào)制與硬開關(guān)調(diào)制；按橋路結(jié)構(gòu)分類可分為：半橋與全橋電路；按調(diào)制電平分類可分為：二電平電路、三電平電路與多電平電路。2.1.1 電壓型三相pwm 整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 電壓型pwm整流器（voltage source rectifer - vsr）最顯著特征就是直流側(cè)采用電容進(jìn)行儲(chǔ)能，從而使 vsr 直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性。 2.1 vsr 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖 2.2 a為三相半橋和全橋 vsr 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其交流側(cè)沒有中線,6 個(gè)功率開關(guān)管通過(guò)電感與電網(wǎng)相聯(lián)，這是最常用的三相

22、 pwm 整流器，即所謂的三相半橋電路。其較適用于三相電網(wǎng)平衡的系統(tǒng)。若三相電網(wǎng)不平衡，則三相半橋電路控制性能將惡化，甚至發(fā)生故障。為克服這一個(gè)不足，可使用三相全橋 vsr 設(shè)計(jì)。本課題采用三相半橋整流電路，文中稱為三相 pwm 整流器，其控制算法較為簡(jiǎn)單。 圖 2.2 三相 vsr 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.1.2電流型 pwm 整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 如圖 2.3 示出單相電流型 pwm 整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，圖 2-3 示出三相電流型 pwm 整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這是一半橋電路，其交流側(cè)接有三相對(duì)稱 lc 濾波電路；直流側(cè)與單相電流型 pwm 整流器直流側(cè)相同，三相電流型 pwm 整流器的控制相對(duì)復(fù)雜，制約了其應(yīng)用和

23、研究。 圖 2.3 csr 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 電流源型整流器的優(yōu)點(diǎn)是：1)由于輸出電感的存在，它沒有橋臂直流通過(guò)及輸出短路問(wèn)題；2) 開關(guān)器件直接對(duì)直流電流作脈寬調(diào)制, 所以其輸入電流控制簡(jiǎn)單, 控制速度快。缺點(diǎn)是：1) 電流型 pwm 整流器通常要經(jīng)過(guò) lc 濾波器與電網(wǎng)聯(lián)接，lc 濾波器和直流側(cè)的平波電抗器 l1 的重量和體積都比較大；2) 常用的全控器件多為內(nèi)部有反并聯(lián)二極管反向自然導(dǎo)電的開關(guān)器件，為防止電流反向必須再串聯(lián)一個(gè)二極管，主回路構(gòu)成不方便且通態(tài)損耗大。2.2 pwm 整流器的運(yùn)行基本原理pwm 整流器具有非常良好的:1) 網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)控制（如單位功率因數(shù)控制）；2) 交流側(cè)電流為正弦

24、波； 3) 較快的動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)；4) 電能雙向傳輸。pwm 整流器能實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸，整流時(shí)從電網(wǎng)吸取電能，逆變時(shí)能將電能回饋到電網(wǎng)。進(jìn)一步研究表明，由于 pwm 整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)均可控，因而可有源電力濾波和無(wú)功補(bǔ)償?shù)确钦髌鲬?yīng)用場(chǎng)合。通過(guò)高頻控制圖 2-1 所示的六個(gè)開關(guān)管的開通與關(guān)斷，就可以控制 vsr 交流側(cè)電壓au 、bu 和cu 的幅值和相位，使 pwm 整流器運(yùn)行在四象限。a 相等效電路如圖 2-4 所示。 圖 2.4 pwm 整流器單相等效電路圖 a) 純電感特性運(yùn)行 b) 正阻特性運(yùn)行 c) 純電容特性運(yùn)行 d) 負(fù)阻特性運(yùn)行圖 2.5 pwm 整流器交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系 其

25、中： 交流電網(wǎng) a 相電動(dòng)勢(shì)矢量 交流側(cè) a 相電感電壓矢量 vsr 交流側(cè)電壓矢量 交流側(cè) a 相電流矢量以交流電網(wǎng)a相電動(dòng)勢(shì)矢量以參考，如圖2-5所示。假定| |不變，|=wl| |也不變，則al端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是以 0 為圓心的|為半徑的圓。當(dāng)矢量端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至 a 點(diǎn)，超前a90度，pwm 整流橋的網(wǎng)側(cè)顯現(xiàn)純電感特性。當(dāng)矢量端點(diǎn)由 a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至 b 點(diǎn)的過(guò)程中，pwm 整流器需要從電網(wǎng)吸收有功和感性無(wú)功，pwm 整流器運(yùn)行在整流狀態(tài)。 當(dāng)矢量端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至 b 點(diǎn)， 與同相，pwm 整流橋的網(wǎng)側(cè)顯現(xiàn)正阻特性。當(dāng)矢量 al端點(diǎn)由 b 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至 c 點(diǎn)的過(guò)程中，pwm 整流器需要從電網(wǎng)吸收有功和容性無(wú)

26、功，pwm 整流器運(yùn)行在整流狀態(tài)。當(dāng)矢量端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至 c 點(diǎn)，ia超前ua，pwm整流橋的網(wǎng)側(cè)顯現(xiàn)純電容特性。當(dāng)矢量端點(diǎn)由 c 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至 d 點(diǎn)的過(guò)程中，pwm 整流器需要從電網(wǎng)放出有功和吸收容性無(wú)功，pwm 整流器運(yùn)行在逆變狀態(tài)。當(dāng)矢量ual端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至 d 點(diǎn)，ua與ia反相，pwm 整流橋的網(wǎng)側(cè)顯現(xiàn)負(fù)電阻特性。當(dāng)矢量ual端點(diǎn)由d 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至 a 點(diǎn)的過(guò)程中，pwm 整流器需要從電網(wǎng)放出有功和吸收感性無(wú)功，pwm整流器運(yùn)行在逆變狀態(tài)。2.3 三相 vsr 數(shù)學(xué)模型2.3.1 三相 vsr 的一般數(shù)學(xué)模型 三相 vsr 一般數(shù)學(xué)模型就是根據(jù)三相 vsr 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在三相靜止坐標(biāo)系(a,b,c)中

27、利用基爾霍夫電壓和電流定律，對(duì) vsr 建立一般數(shù)學(xué)描述。假設(shè)電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)為三相對(duì)稱正弦波，網(wǎng)側(cè)電感為線性電感。三相pwm 整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖中 2-6 所示。ea ，eb和ec為三相對(duì)稱電源相電壓，ia，ib 和ic 為三相相電流，udc為直流側(cè)電壓， l 為交流側(cè)濾波電感， r 為電感及關(guān)開管的等效電阻，vt1至vt6 開關(guān)管組成三相 pwm 整流橋。為分析方便，定義開關(guān)函數(shù), 為： 圖 2.6 三相 vsr 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由基爾霍夫電壓定律寫出三vsr電壓方程:由基爾霍夫電流定律得：2.3.2 三相 vsr dq 模型 1、在三相電壓型變流器中，交流側(cè)的電壓和電流都含有三個(gè)分量，這給系統(tǒng)的控制帶

28、來(lái)難度，考慮到相電壓和相電流分別滿足約束條件：ea+eb+ec=0和ia+ib+ic=0,一般地，設(shè)矢量： v的三個(gè)分量滿足約束條件：va+vb+vc=0 ,下面對(duì)向量v進(jìn)行一般性研究進(jìn)行。va+vb+vc=0 實(shí)質(zhì)上在三維歐氏空間定義了一個(gè)子空間。定義abc坐標(biāo)系到dq坐標(biāo)系的變換矩陣為croc23，對(duì)abc標(biāo)系的任一矢量： 其在dq坐標(biāo)系的象為,即： 上述變換稱為： abc dq變換 2、abc ab變換 定義abc坐標(biāo)系到ab坐標(biāo)系的變換矩陣為cab，對(duì)abc坐標(biāo)系的任一矢量: 其在ab 坐標(biāo)系的象為:,即:上述變換稱為： abcab變換。3、 vsr dq 模型的建立上式中相電壓、相電

29、流以及開關(guān)量都是三維矢量，可用 abc dq變換將變換成二維矢量，即：則：由以上兩式得：上式兩邊右乘得：將其寫成頻域中的形式為： vsr 的 dq 模型見圖 2.9 所示。圖 2.9 三相 vsr 的 dq 模型2.4 三相電壓型 pwm 整流器的控制2.4.1 常用控制方法 為了使三相電壓型 pwm 整流器運(yùn)行在單位功率因數(shù)狀態(tài)，可以有多種控制方法。根據(jù)有沒有引入交流側(cè)電流反饋可分為兩種，引入交流側(cè)電流反饋的稱為直接電流控制，沒有引入交流側(cè)電流反饋的稱為間接電流控制。直接電流控制，是根據(jù)交流側(cè)電壓電流矢量關(guān)系來(lái)控制整流器交流側(cè)電壓，使得交流側(cè)電流和電壓同相位。這種控制方法在信號(hào)運(yùn)算過(guò)程中要用

30、到交流電感量 l和電阻r 。當(dāng) l 和 r 的運(yùn)算值有誤差時(shí)，必然會(huì)影響到控制交果。些外，這種控制方法是基于系統(tǒng)的靜態(tài)模型設(shè)計(jì)的，其動(dòng)態(tài)特性較差。因此，間接電流控制的系統(tǒng)應(yīng)用較少。間接電流控制通過(guò)運(yùn)算求出交流端電流指令值，再用交流電流作為反饋量，交流電流跟蹤指令電流值。直接電流控制響應(yīng)速度快，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)依賴不敏感，因而得到了廣泛的應(yīng)用。直接電流控制可分為固定開關(guān)頻率電流控制和滯環(huán)電流控制等。固定開關(guān)頻率電流物理意義清晰，控制算法簡(jiǎn)便，且實(shí)現(xiàn)方便。且由于開關(guān)頻率固定，交流側(cè)濾波電感及變壓器設(shè)計(jì)方便。但在開關(guān)頻率比較小的情況下，電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度比較慢，且動(dòng)態(tài)誤差隨電流變化率變化而變化。相比之下，而

31、滯環(huán)電流控制則具有較快的電流響應(yīng)速度，且電流誤差只取決于滯環(huán)寬度，與電流變化率無(wú)關(guān)。但主要不足在于開關(guān)頻率隨電流變化率變化而變化，使網(wǎng)側(cè)濾波電感設(shè)計(jì)困難，開關(guān)損耗增大，大大限制了其在功率變流領(lǐng)域的應(yīng)用。圖 2.10 為三相 vsr 固定開關(guān)頻率 pwm 電流控制原理。穩(wěn)態(tài)時(shí)，三相靜止坐標(biāo) abc中的指令電流為具有一定頻率、相角和幅值的正弦波信號(hào)；而二相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 dq中的指令電流為時(shí)不變直流信號(hào)。當(dāng)電流內(nèi)環(huán)均采用 pi 控制時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電流無(wú)靜差控制。 圖 2.10 為三相 vsr 固定開關(guān)頻率 pwm 電流控制原理。穩(wěn)態(tài)時(shí)，三相靜止坐標(biāo) abc中的指令電流為具有一定頻率、相角和幅值的正弦

32、波信號(hào)；而二相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 dq中的指令電流為時(shí)不變直流信號(hào)。當(dāng)電流內(nèi)環(huán)均采用 pi 控制時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電流無(wú)靜差控制。 圖 2.10 abc 坐標(biāo)系中三相 vsr 固定開關(guān)頻率 pwm 電流控制原理 而兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 dq 中的 pi 電流調(diào)節(jié)器可實(shí)現(xiàn)電流無(wú)靜差控制，如圖 2.11所示。顯然，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流控制方案具有更好的穩(wěn)態(tài)性能。要求較高的三相 vsr pwm 電流控制，一般優(yōu)先采用同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的固定開關(guān)頻pwm 電流控制方案。 圖 2.11 dq 坐標(biāo)系中三相 vsr 固定開關(guān)頻率 pwm 電流控制原理2.4.2 三相 vsr 的解耦控制方法采用同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的固定開

33、關(guān)頻率 pwm 電流控制方案，能獲得較高的三相vsr pwm 電流控制。由式下式可知，vsr 的 dq 軸變量相互耦合，因而給控制器設(shè)計(jì)造成一定困難。為此可采用前饋解耦控制策略，當(dāng)電流調(diào)節(jié)器采用 pi調(diào)節(jié)。設(shè) ： 用圖表示如圖 2.12 所示。 圖 2.12 三相 vsr 的解耦控制2.4.3 三相 vsr 空間矢量控制空間矢量 pwm 控制策略是依據(jù)變流器空間電壓矢量切換來(lái)控制的變流器?？臻g矢量 pwm 控制策略早期由日本學(xué)者在 20 世紀(jì)八十年代初針對(duì)交流電動(dòng)機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)而提出的其采用逆變器空間電壓矢量的切換 以獲得準(zhǔn)圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。將 svpwm 應(yīng)用于 vsr 控制之中，主要繼承了 svpw

34、m 電壓利用率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。基于固定開關(guān)頻率的 svpwm 電流控制，利用 dq 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中電流調(diào)節(jié)器輸出空間電壓矢量指令，再采用svpwm 使 vsr 的空間電壓矢量跟蹤電壓矢量指令，從而達(dá)到電流控制的目的。前面所述，基于前饋解耦控制策略的電流調(diào)節(jié)器輸出在了 dq 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中 vsr交流側(cè)空間電壓矢量指令值ud 和uq。下面介紹如何采用 svpwm 使 vsr 的空間電壓矢量跟蹤電壓矢量指令，也就是使： 寫成矩陣形式： 第3章 蓄電池充放電裝置的硬件設(shè)計(jì)為了研究基于 pwm 的蓄電池充放電裝置，根據(jù)前面章節(jié)對(duì) pwm 整流器工作原理和控制策略的理論分析，本論文設(shè)計(jì)了一臺(tái)功率等

35、級(jí)為3.6kw 的樣機(jī)。樣機(jī)設(shè)計(jì)由硬件電路設(shè)計(jì)和控制軟件設(shè)計(jì)兩部分組成，其主要性能指標(biāo)如下： 額定功率 3.6kw； 三相三線制 380v15%； 功率因數(shù)0.98； 電流 thd7%； 效率90%； 充電電壓 0360v； 充電電流 0.016a； 放電電壓 160360v； 放電電流 0.0110a； 電壓漂移3%； 電流漂移3%； 軟啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊電流。3.1 硬件系統(tǒng)構(gòu)成 基于 pwm 的蓄電池充放電裝置硬件系統(tǒng)如圖 3-1 所示，系統(tǒng)主電路由變比為 4：1 的主變壓器、電感、igbt、電容構(gòu)成?？刂齐娐肥且詔ms320f28035 為核心，其外圍電路包括控制系統(tǒng)供電電源電路、過(guò)零

36、檢測(cè)電路、采樣調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路。過(guò)零檢測(cè)電路用于產(chǎn)生與電網(wǎng)同相的方波信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的鎖相控制，并將采樣量經(jīng)過(guò)調(diào)理電路進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為 03v 電壓，輸入到tms320f28035 的 a/d 口。驅(qū)動(dòng)電路將 tms320f28035 的 pwm 信號(hào)進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)igbt。保護(hù)電路分為電容電壓監(jiān)測(cè)、igbt 過(guò)流檢測(cè)和 igbt 過(guò)溫保護(hù)電路三部分。igbt過(guò)流檢測(cè)功能集成在驅(qū)動(dòng)電路中。 圖 3-1 基于 pwm 的蓄電池充放電裝置硬件系統(tǒng)示意圖 當(dāng)蓄電池電壓小于 160v 時(shí)，s1 斷開，s2 閉合，三相 pwm 整流橋進(jìn)行恒壓控制，穩(wěn)定電容電壓udc1 ，buck 電路對(duì)蓄電池進(jìn)

37、行恒流充電；當(dāng)蓄電池電壓大于 160v 時(shí)，s1 閉合，s2 斷開，三相 pwm 整流橋進(jìn)行恒流充放和恒壓充，實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)和單位功率因數(shù)整流。 由于主變壓器二次側(cè)以后的系統(tǒng)是從主變壓器二次側(cè)取電與控制的，所以為敘述方便，如無(wú)特別說(shuō)明，下文所說(shuō)的電網(wǎng)都是指主變壓器二次側(cè)的三相交流電，其相電壓為55v，線電壓為 95v。3.2 主電路設(shè)計(jì)3.2.1 功率器件 igbt 的選型 考慮到 pwm 整流器運(yùn)行在單位功率因數(shù)狀態(tài)，電網(wǎng)電壓 d =15%的波動(dòng)，整流器效率 h =90%，蓄電池最大電壓為 udc=360v，pwm 整流器可運(yùn)行在充電和放電狀態(tài)，兩者功率不一致。充電狀態(tài)時(shí)，最大充電電流為i

38、dcm=6 a，可得線電流效值為：放電狀態(tài)時(shí)，最大放電電流為idcm =10a，可得線電流效值為： igbt 的承受的反向電壓為直流側(cè)電壓，即 360v。選取 igbt 時(shí)，額定電流cei 要跟據(jù)實(shí)際工作最大電流的 1.5 倍選取，額定電壓ceu要跟據(jù)實(shí)際工作最大反向電壓的 1.52 倍選取，并考慮到散熱條件。3.2.2 三相 vsr 電感設(shè)計(jì)在電壓型 pwm 整流器主電路設(shè)計(jì)中，其交流側(cè)濾波電感的設(shè)計(jì)非常重要。交流側(cè)濾波電感的取值不僅會(huì)影響電流內(nèi)環(huán)的動(dòng)、靜態(tài)響應(yīng)，而且還制約著 pwm 整流器的輸出功率、功率因數(shù)以及直流母線電壓。進(jìn)一步分析研究，交流側(cè)濾波電感的主要作用如下： 1) 隔離電網(wǎng)電

39、動(dòng)勢(shì)與 vsr 交流側(cè)電壓。 2) 濾除 pwm 整流器交流側(cè)諧波電流，從而實(shí)現(xiàn)交流側(cè)正弦波電流控制； 3) 使 pwm 整流器具有 boost pwm 整流器 ac/dc 變換性能； 4) 使 pwm 整流器獲得一定的阻尼特性，從而有利于控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 vsr 交流電流過(guò)零時(shí)的電流變化率最大，此時(shí)電感應(yīng)足夠小，以確保電流響應(yīng)的快速性。若忽略 vsr 交流側(cè)電阻r ，考慮到三相 vsr 單位功率因數(shù)控制，電流過(guò)零時(shí)，電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì) ea=0。3.2.3 電容的設(shè)計(jì) 考慮三相 vsr 直流電壓由空載到滿載擾動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。這一過(guò)程實(shí)際上是直流負(fù)載電流從零到額定電流的三相 vsr 負(fù)載擾動(dòng)過(guò)程。

40、由于負(fù)載電流階躍增大，三相 vsr 直流側(cè)電壓因負(fù)載擾動(dòng)而導(dǎo)致電壓動(dòng)態(tài)降落。若 vsr 直流電壓控制器采用 pi 調(diào)節(jié)器，則此時(shí) pi 調(diào)節(jié)器輸出飽和，這意味著三相 vsr電流環(huán)將跟蹤最大幅效電流。顯然，若要求三相 vsr 滿足負(fù)載擾動(dòng)時(shí)的抗干擾性能指標(biāo)，則 vsr 直流側(cè)電容應(yīng)足夠大，其電容下限值為： 其中為三相 vsr 負(fù)載電流階躍擾動(dòng)時(shí)的直流電壓最大動(dòng)態(tài)降落，為等效負(fù)載。 本系統(tǒng)中選取直流側(cè)電容參數(shù)為：電容量 2200uh，額定電壓 450v。3.3 輔助電源電路設(shè)計(jì)輔助電源由變壓器、整流橋、穩(wěn)壓管和電容組成。輸出15v、5v、3v 和兩組相互隔離的 5v 電源。變壓器二次側(cè)輸出為兩組

41、9v 和帶有中心抽頭的 18v 交流電壓。 各電源作用如下： 15v給采樣電路的 78l02 供電 +5v給隔離運(yùn)放 7800 二次側(cè)和數(shù)字電路供電 +3v給采樣電路提供基準(zhǔn)電壓 +5v-p2、+5v-p3給隔離運(yùn)放 7800 一次側(cè)供電 圖 3-5 輔助電源電路圖3.4 檢測(cè)控制電路設(shè)計(jì)3.4.1 tms320f28035 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)在數(shù)字控制器中，dsp 芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的 dsp 指令，可以快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)算法，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)處理能力，為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)理想的解決方案，已經(jīng)成為電機(jī)及運(yùn)動(dòng)控制

42、的主流芯片。 本系統(tǒng)采用 tms320f28035 作為主控制芯片，tms320f28035 是 ti 公司于 2009 年推出的新一代 piccolo 微處理器，主頻 60mhz，3.3v 單電源供電，多達(dá) 45 個(gè)增強(qiáng)型 gpio引腳，16 路高速轉(zhuǎn)換的 12-bita/d 轉(zhuǎn)換器，7 對(duì)增強(qiáng)型 pwm 口等。tms320f28035 相 對(duì) 于 tms320f2812 ,更 適 合 作 為電力電子控制芯片。tms320f28035 價(jià)格比 tms320f2812 低一半。tms320f28035 的主頻為 60m，低于tms320f2812 的 120m 主頻，但已經(jīng)滿足控制要求。tms

43、320f2812 使用 3.3v 和 1.8v供電，上電和掉電的次序有嚴(yán)格要求，因而需要專門的電源芯片，如 tps767d318。而tms320f28035 使用 3.3v 單電源供電，比較方便，省去了專門的電源芯片。tms320f2812的 pwm 和 cap 模塊使用 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，往往需要分頻使用，降低了精度。而 tms320f28035 則使用 32 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，即使不分頻，定時(shí)時(shí)間也可達(dá) 212/60m=71.6s。tms320f2812 的事件管理器 eva 和 evb，每個(gè)事件管理器的三對(duì)pwm 口使用共同的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。而 tms320f28035

44、 的 7對(duì) pwm 口有獨(dú)立的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，能配置成同周期同相位的計(jì)數(shù)，作為三相整流橋的控制，也能配置成不周期和相位的計(jì)數(shù)，去控制獨(dú)立的 pwm 電路，使用更加靈活。tms320f2812 需要專門的外部中斷口，而 tms320f28035 可選擇 gpio0gpio31 中的其中一個(gè)配置成為外部中斷口，多達(dá)三個(gè)。3.4.2 蓄電池電流采樣電路設(shè)計(jì)為了對(duì)整個(gè)裝置系統(tǒng)進(jìn)行控制，需要對(duì)一些電氣參量進(jìn)行隔離、變換、取樣、計(jì)算。本系統(tǒng)需要采樣的量為蓄電池電壓、充放電電流、交流側(cè) a 相電壓、a 相和 b 相電流。 為了節(jié)約成本，本系統(tǒng)采用 7800 隔離運(yùn)放做電氣隔離。該隔離運(yùn)放采用兩對(duì)隔離的 5v

45、電源進(jìn)行供電，輸出線性電壓范圍是-0.30.3v，輸出為 pin6 和 pin7 的差分電壓，兩腳電壓之差的范圍是2.4v2.4v，放大倍數(shù)為 8 倍，如圖 3-7 所示。 圖 3.7 隔離運(yùn)放 7800 的輸入輸出特性圖 3.8 為蓄電池電流采樣電路，采用 10a/150mv 的分流器與蓄電池串聯(lián)，分流器上的電壓經(jīng) rc 濾波后輸入到 7800 的 pin2 與 pin3，輸出腳 pin6 與 pin7 的電壓經(jīng)差分電路轉(zhuǎn)換成單極性電壓。由于輸出電流可正可負(fù)，輸出的單極性電壓也可正可負(fù)，再經(jīng)過(guò)抬升電路轉(zhuǎn)換成 03v 電壓輸入 tms320f28035。 圖 3.8 蓄電池電流采樣電路3.4.

46、3 蓄電池電壓采樣電路設(shè)計(jì)圖 3.9 蓄電池的電壓采樣電路，蓄電池的電壓通過(guò)電阻分壓作為 7800 輸入電壓。抬升電路有電阻 r34 接地，這樣可以使該電路能測(cè)量一定的負(fù)壓。設(shè)蓄電池電壓為x伏， y 的變化范圍是 03，相應(yīng)地， x 的變化范圍是-90.5452.3，輸入輸出為線性關(guān)系。該測(cè)量電路能測(cè)量一定的負(fù)電壓，可根據(jù)測(cè)量值判斷蓄電池是否反接。圖 3.9 蓄電池電壓采樣電路3.4.4 交流側(cè)電流采樣電路設(shè)計(jì) 本采樣電路采用 r9=470作為采樣電阻，設(shè)相電流的瞬時(shí)值為x安，輸入到tms320f28035 的電壓為 y 伏， y 的變化范圍是 03，相應(yīng)地， x 的變化范圍是-42.042.

47、0，輸入輸出為線性關(guān)系。也即該采樣電路能測(cè)量有效值為 29.7a 的交流電。圖 3.10 交流側(cè)電流采樣電路圖3.4.5 電網(wǎng)電壓過(guò)零檢測(cè)和電壓采樣電路設(shè)計(jì) 圖 3.11 能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓過(guò)零檢測(cè)和采樣。p1+為控制電路的供電變壓器，其為與電網(wǎng)同相的有效值為 18v 的交流電壓。為了避免由于干擾而造成誤過(guò)零，采樣 r65、r64和 c48 構(gòu)成 rc 濾波電路，該 rc 濾波會(huì)產(chǎn)生 10 度左右的延時(shí)，將會(huì)在程序中進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)然，由于 rc 參數(shù)存在漂移，難以實(shí)現(xiàn)精確延遲?？紤]蓄電池充放電裝置使用的電網(wǎng)畸變通常比較大，采樣 rc 延遲是很有必要的。n20 為慢速隔離光耦，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路和模擬電路

48、的隔離。由電路可知，捕獲 y 的變化范圍是 03，相應(yīng)地， x 的變化范圍是-100.8100.8v，輸入輸出為線性關(guān)系。 圖 3.11 電網(wǎng)電壓捕獲及電網(wǎng)電壓采樣電路圖3.4.6繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 為了防止主電路上電時(shí)浪涌電流過(guò)大，可在交流側(cè)的任兩相線路中各串入一個(gè)電阻，并用磁保持繼電器與電阻并聯(lián)。上電之前，磁保持繼電器斷開，抑制浪涌電流。上電一段時(shí)間以后將磁保持繼電器合上，短接電阻。圖 3-13 為磁保持繼電器的驅(qū)動(dòng)電路，來(lái)自 tms320f28035 的 io 口的信號(hào)先經(jīng)過(guò) n14 非門進(jìn)行反向放大到 5v 電平，再由 n182003a 進(jìn)一步放大到 15v。由于磁保持繼電器要15v

49、與-15v 進(jìn)行閉合與斷開控制，為此要使用 n15 模擬換向器產(chǎn)生 15v 和-15v 電壓。 圖 3.13 繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖3.4.7 相序檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 為了使系統(tǒng)能在電網(wǎng)正序和反序時(shí)都能工作，需要增加相序檢測(cè)電路，圖 3.14 為相序檢測(cè)的硬件電路對(duì)比 gpio12 和 cap 的信號(hào)可知，只要 tms320f28035 在一個(gè)周期內(nèi)檢測(cè)兩次 gpio12 的電平極性，就能得知電網(wǎng)的相序。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，可靠性高。相序檢測(cè)可在 pwm 工作之前完成。該電路也能檢測(cè)電網(wǎng)是否缺相，如是gpio12 保持為高電平，則表明電網(wǎng)缺相。 圖 3.14 相序檢測(cè)電路圖3.4.8 can 通信接

50、口電路設(shè)計(jì)圖 3.15 為以 n23 ctm8251t 為核心組成的 can 通信接口電路，ctm8251t 以 5v為高電平，而 tms320f28035 以 3.3v 為高電平。當(dāng)從 tms320f28035 輸入到 n23_3 的高電平只有3.3v時(shí)，ctm8251t也認(rèn)為是高電平，因而不需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。而從n23_4輸出的高電平有 5v，不能直接接到 tms320f28035 的 can 接收腳，因而需要將 5v 電壓轉(zhuǎn)化成為 3.3v 電壓。 圖 3.15 can 通信電路圖3.5 本章小結(jié) 本章主要介紹了基于三相pwm整流器的蓄電池充放電系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，以及各單元的詳細(xì)電路圖。各

51、功能模塊詳細(xì)介紹清晰的說(shuō)明了基于三相pwm整流器的蓄電池充放電系統(tǒng)的工作原理。 第4章 系統(tǒng)裝置的軟件設(shè)計(jì)及結(jié)果4.1 控制系統(tǒng)的構(gòu)成 整個(gè)控制系統(tǒng)軟件由主程序和七個(gè)中斷服務(wù)程序構(gòu)成。主程序由初始化、工作模式管理、相序判斷、calculate( )、svpwm( )和 buck( )子程序組成，如圖 4-1 所示。中斷服務(wù)程序分別是：捕獲方波信號(hào)上升沿觸發(fā)的中斷服務(wù)程序 ecap1_isr( )；由 pwm1 計(jì)數(shù)值ctr=0 觸發(fā)的中斷服務(wù)程序 epwm1_timer_isr( )；由 pwm6 計(jì)數(shù)值 ctr=0 觸發(fā)的中斷服務(wù)程序 epwm6_timer_isr( )；a/d 采樣完成后

52、觸發(fā)的中斷服務(wù)程序 adc1_isr( )和adc2_isr( ) ；過(guò)流或過(guò)壓保護(hù)中斷服務(wù)程序 xint1_isr( )；散熱片過(guò)溫保護(hù)中斷服務(wù)程序xint2_isr( )。各部分功能簡(jiǎn)要概述如下： ecap1_isr( )-對(duì)電壓進(jìn)行鎖相控制，求出三相整流橋 pwm1 周期值；epwm1_timer_isr( )-軟件觸發(fā) a/d 采樣，微調(diào) pwm1 周期值；adc1_isr( )-讀取 a/d 采樣值，并轉(zhuǎn)化為計(jì)數(shù)需要的 qn 格式；xint1_isr( )-igbt 過(guò)流或電容電壓過(guò)高時(shí)產(chǎn)生保護(hù)，封鎖驅(qū)動(dòng)； xint2_isr( )-igbt 過(guò)熱時(shí)產(chǎn)生保護(hù)，封鎖驅(qū)動(dòng)；epwm6_t

53、imer_isr( )-在 buck 電路工作時(shí)，軟件觸發(fā)充電電流 a/d 采樣；adc2_isr( )-讀取 buck 充電電流 a/d 采樣值，并轉(zhuǎn)化為計(jì)數(shù)需要的 qn 格式；程序流程如圖 4.1 所示： 圖 4.1 程序流程圖 4.2 電網(wǎng)周期與 pwm 周期的計(jì)算這部分由捕獲中斷服務(wù)程序和 pwm 的計(jì)數(shù)值 ctr=0 中斷服務(wù)程序完成。本系統(tǒng)tms320f28035 的晶振為 20m，3 倍頻后為 60m。捕獲單元選用的定時(shí)器計(jì)數(shù)頻率為60m，前后兩次捕獲到的值之差即為電網(wǎng)周期（還要考慮到溢出），用t 表示，如果電網(wǎng)周期剛好為0.02s，則： pwm1 定時(shí)器中斷選用的定時(shí)器也同樣為 60m，周期寄存器值為 pwm 周期的一半，用 p 表示。由于一個(gè)電網(wǎng)周期采樣 360 個(gè)點(diǎn)，一個(gè) pwm 周期為 0.02s/360，則： 4.3 a/d 采樣 這部分由 a/d 初始化和 a/d 采樣完成后中斷服務(wù)程序 adc1_isr( )來(lái)完成。a/d 初始化配置成軟件觸發(fā)方式，觸發(fā)信號(hào)來(lái)了以后，啟動(dòng) soc013 的 a/d 采樣，分別采樣 adcina5adcina4， a/d 采樣采用 soc 方式進(jìn)行管理，能實(shí)現(xiàn)對(duì)同一通道進(jìn)行重復(fù)采樣提高采樣的精度。idc 和 udc 各采樣