基于TI DSP的數(shù)字化三相變頻電源的研制

1、基于ti dsp的數(shù)字化三相變頻電源的研制隨著技術(shù)的飛快進(jìn)展，正弦波輸出變頻電源已被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域中，與此同時對變頻電源的輸出波形質(zhì)量也提出了越來越高的要求。在試驗室和工業(yè)部門，三相正弦波變頻電源常用于各種測量和控制中，產(chǎn)生單相或三相正弦波信號作為基準(zhǔn)信號，基準(zhǔn)正弦波的波形質(zhì)量挺直影響到測量和控制的精度。對于一個良好的正弦信號源，要求其輸出的基準(zhǔn)正弦波信號幅值、頻率高度穩(wěn)定、失真度小、帶負(fù)載能力強(qiáng)、幅值可調(diào)，對于三相正弦波信號還要求三相對稱度好。兼顧這些要求往往使電路變得復(fù)雜。因此，討論開發(fā)既容易又具有優(yōu)良動、靜態(tài)性能的控制策略，已成為電力領(lǐng)域的討論熱點之一。1 工作原理系統(tǒng)總體電路結(jié)構(gòu)由

2、主回路、控制電路、采樣電路、反饋電路和各類庇護(hù)電路等部分組成，系統(tǒng)原理圖1所示。11 主回路及工作原理主回路中有三大部分組成：整流濾波電路、三相全橋逆變電路和三相無源濾波電路。整流濾波電路將單相溝通電變成直流電，三相全橋逆變電路將直流電變成三相溝通電，三相溝通電經(jīng)過三相濾波電路后得到標(biāo)準(zhǔn)的三相正弦波電源，主回路原理圖2所示。12 控制回路工作原理控制電路的調(diào)制波采納s波，對正弦波輸出變頻電源舉行spwm調(diào)制，數(shù)字化控制，是以tms320f2812數(shù)字信號處理器為主控芯片，實現(xiàn)電源的最佳控制?？刂苹芈吩韴D3所示。13 控制策略電源利用tms320f2812中的大事管理器，采納spwm調(diào)制的方式

3、，逆變器輸出信號經(jīng)三相無源濾波后得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦波?？刂平Y(jié)構(gòu)圖4所示。14 軟啟動功能及故障處理電源系統(tǒng)設(shè)置了軟啟動功能、開路庇護(hù)、短路庇護(hù)、過流庇護(hù)、缺相庇護(hù)和負(fù)載不對稱庇護(hù)。電源控制系統(tǒng)有三種工作模式：正常工作模式，啟動模式及庇護(hù)模式。當(dāng)電源開頭工作或者在故障后啟動的時候，為了防止負(fù)載側(cè)電壓升高過快而導(dǎo)致電路故障，我們采納軟啟動的辦法，這時，控制系統(tǒng)處于啟動模式下。軟啟動包括兩個部分。首先，在輸入側(cè)通過對輸入的三相電壓漸漸升壓的方式，我們可以保證逆變電路不會因母線電壓挺直加上去而導(dǎo)致故障的發(fā)生。另外，在逆變電路的控制過程中，我們需要采納閉環(huán)控制辦法，通過采樣記錄分析的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)驅(qū)動信號頻率，當(dāng)

4、負(fù)載側(cè)電壓升高到一定值的時候，我們再將電路轉(zhuǎn)入正常工作的模式之下，所以在軟啟動條件下，負(fù)載側(cè)不會因眨眼浮現(xiàn)的高電壓而發(fā)生故障。在電源運行的過程中，因為短路故障，工作將急劇上升，若不實行措施，將會使電路中許多元器件被過電流破壞。過電流發(fā)生時，電路中的過流庇護(hù)裝置會動作，這時，控制電路的驅(qū)動信號將被閉鎖，驅(qū)動信號停發(fā)，電路由正常工作模式轉(zhuǎn)入庇護(hù)控制模式。庇護(hù)模式下，控制系統(tǒng)會在閉鎖驅(qū)動信號后，經(jīng)過一定的時光，自動地舉行重啟動，假如再發(fā)生過電流，電源將停止工作。2 軟件設(shè)計21 軟件總體設(shè)計軟件部分主要包括spwm的產(chǎn)生，ad轉(zhuǎn)換，pid調(diào)整，頻率捕捉，軟啟動和庇護(hù)。主要功能是通過正弦脈寬調(diào)制技術(shù)控

5、制三相橋式逆變器，使其輸出頻率可調(diào)、幅值穩(wěn)定的三相正弦電壓，通過ad轉(zhuǎn)換對輸出的電壓和電流舉行采樣，對輸出電壓、電流實時監(jiān)控，當(dāng)電流超過36a時切斷三相逆變橋的輸出，對電路舉行庇護(hù)。通過pid調(diào)整使輸出電壓變幻時也能準(zhǔn)時的做出反應(yīng)，使輸出電壓穩(wěn)定在36v。在系統(tǒng)的啟動過程中用法軟啟動削減電壓和電流對系統(tǒng)回路的沖擊。主程序流程圖5所示。22 spwm生成原理spwm流程圖6所示。在程序的初始化部分建立一個正弦表，在系統(tǒng)運行的時候可以通過查表的方式得到想要的數(shù)據(jù)。假設(shè)在一個正弦波周期內(nèi)采樣的次數(shù)為nx，則在第i個點的采樣值為在實際用法中因為正弦表中的值要能被比較寄存器用法，所以不能浮現(xiàn)負(fù)值，從上式

6、可以看出當(dāng)此時就不能正常用法了，因此可以把上面的公式改寫為下面的形式：其中pr為周期寄存器中的計數(shù)周期值。對yi取整，從i=1到i=nx，得到nx個正弦采樣值的表格，設(shè)置通用定時器的計數(shù)方式為延續(xù)增減計數(shù)方式，在中斷程序中調(diào)用表中的值即可產(chǎn)生相應(yīng)的按正弦邏輯變幻的方波信號。這里nx取180，載波比為3的整數(shù)倍(載波比=調(diào)制波頻率載波頻率)，這樣可以使三相輸出波形嚴(yán)格對稱，削減諧波對輸出電壓波形的影響。23 顯示電路為了提高產(chǎn)品的人機(jī)交互性，系統(tǒng)中加了顯示電路，經(jīng)過比較，我們采納s50la液晶顯示屏完成顯示工作，顯示電路與2812銜接框圖7所示：tms320f2812對任何一個映射在xintf區(qū)

7、的外部器件舉行讀寫拜訪都可劃分為三個階段：建立階段、激活階段和跟蹤階段。這次設(shè)計中映射到了xintf0，默認(rèn)狀況下三個階段的周期分離為6個xtimclk周期，14個xtimclk周期和6個xtimclk周期，假如將xtimclk的頻率設(shè)置為sysclkout的l2，則讀寫周期的最大值為1 80ns。三個階段的讀寫時序圖8所示：凌陽splc501液晶模塊的使能信號cs的周期最小為166ns，時序圖9所示。由前面分析可得，dsp的讀寫周期最大值為180ns，液晶模塊的讀寫周期最小為166ns，dsp的讀寫時序能滿足該液晶模塊的要求。3 創(chuàng)新點設(shè)計本系統(tǒng)設(shè)計采納交向來一交變頻方式，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)運用模

8、塊化設(shè)計，將變頻電源的各部分很好的結(jié)合在一起，實現(xiàn)變頻輸出；高精度顯示電壓、電流、頻率、有功功率，所測信號數(shù)值為真有效值，電壓輸出精度高，誤差小于5，輸出三相正弦波失真度小，并且具有過壓、過流、缺相庇護(hù)等功能，性能穩(wěn)定，本系統(tǒng)設(shè)計的創(chuàng)新點在于：1)結(jié)合tms320lf2812芯片的ad單元，對三相變頻電源的輸出線電壓、線電流舉行采樣，外擴(kuò)隨即存儲器，通過splc50l液晶顯示電壓、電流以及頻率的值，可以實現(xiàn)自主采樣和數(shù)據(jù)傳輸，大大提高數(shù)據(jù)采集效率，實時的顯示變頻電源的電壓、電流的有效值，顯示精度高，實時性好。2)結(jié)合tms320f2812大事管理器ev單元，采納正弦脈寬調(diào)制(spwm)技術(shù)，通過對spwm程序舉行設(shè)計和改進(jìn)算法，可以有效的調(diào)整三相變頻電源輸出的頻率和有效值，實時陛好，精度高。3)變頻電源系統(tǒng)控制部分徹低實現(xiàn)了數(shù)字化，控制精度更高，抗干擾能力強(qiáng)。4 測試結(jié)果按照設(shè)計要求，我們試制了樣品，由觀看到的相電壓和線電壓波形(見圖10圖13)可以看出，波形基本