三相電壓型PWM整流器的數(shù)字化控制

1、 通信電源技術(shù)文章編號:100923664(2003 0220014203開關(guān)電源三相電壓型PWM 整流器的數(shù)字化控制李素芳, 賈正春(華中科技大學(xué), 湖北武漢430074摘要:介紹了一種采用TMS320F240DSP 芯片的控制方案, 該方案基于矢量控制的思想, 實(shí)現(xiàn)了三相電壓型PWM 整流器的控制, 實(shí)驗(yàn)證明了該控制方案的可行性。關(guān)鍵詞:脈寬調(diào)制; 整流器; 矢量控制中圖分類號:TN86文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AThe Digital 2PWM R ectif ierL I Su 2fang , J IA Zheng 2chun(University of Science and Technology

2、 , Wuhan 430074, China Abstract :This article introduces a control scheme of three 2phase voltage source PWM rectifier , which is controlled by the DSP chip TMS320F240. The scheme based on the conception of vector control. Experiment verified the control scheme. K ey w ords :PWM ; rectifier ; vector

3、 control隨著快速自關(guān)斷功率器件和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 數(shù)字信號處理(DSP 技術(shù)在大功率或高壓大功率變換器中得到廣泛應(yīng)用。文中論述了PWM 高頻整流器利用DSP 芯片TMS320F240實(shí)現(xiàn)其數(shù)字控制的方案。1電壓型PWM 整流器的主電路圖1是一個(gè)典型的三相電壓型PWM 整流器, 從整流橋的三個(gè)輸入點(diǎn)a 、b 、c 來看, 電網(wǎng)和三個(gè)輸入電感可以看作一個(gè)三相交流電機(jī)模型。因而, 對于三相電壓型PWM 整流器這個(gè)較為復(fù)雜且三相電流存在著耦合關(guān)系的控制系統(tǒng), 可以采用三相交流電機(jī)控制思想來進(jìn)行解耦和控制。三相電壓型PWM 整流器在abc 系統(tǒng)下是一個(gè)時(shí)變非線性對象, 不利于控制。類比電機(jī)的坐

4、標(biāo)變換方法, 將系統(tǒng)變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中, 利圖1三相電壓型PWM 整流器主電路用電流反饋解耦1,2可得到一個(gè)準(zhǔn)線性解耦的控制系統(tǒng)。電流反饋雖然只是一種近似的解耦方法, 但卻是行之有效的方法, 它對參數(shù)要求低, 容易實(shí)現(xiàn)。三相PWM 整流器在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中基本的控制思想是:要得到單位功率因數(shù), 則輸入電流應(yīng)跟蹤輸入電壓。在dq 坐標(biāo)系中, 通過將輸入電壓矢量定位在d 軸上, 如果能夠控制電流矢量也同樣只有d 軸分量, 而q 軸分量為零, 則可以得到單位功率因數(shù)。收稿日期:2002212216 2整流器控制電路圖2為基于TMS320F240的控制器硬件框圖。圖中各功能模塊說明如下。(1 采樣

5、電路A/D 轉(zhuǎn)換器是TMS320F240內(nèi)含的功能模塊, 使用此A/D 轉(zhuǎn)換模塊可同時(shí)測量兩個(gè)模擬輸入。每個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器最大總轉(zhuǎn)換時(shí)間為6. 6s ?？紤]到A/D 轉(zhuǎn)換器能接受的電壓范圍05V , 必須將電流傳感器檢測的電流轉(zhuǎn)換為電壓量后, 換到這個(gè)范圍內(nèi)。(2 圖2PWM , SVPWM 。其基本原間電壓矢量。3. 3PI 調(diào)節(jié)器軟件實(shí)現(xiàn), , 精確確定某相電壓的相位是得到電壓矢量位置的關(guān)鍵。采用鎖相環(huán)(PLL 是一個(gè)很好的解決方案。(3 保護(hù)電路本系統(tǒng)采用變速積分的Antiwindup PI 算法。變速積分的積分系數(shù)是逐漸變化的, 改變積分項(xiàng)的累加速度, 將之與偏差大小相適應(yīng), 偏差大時(shí)

6、積分慢。反之同理。這樣可有效的消除積分飽和現(xiàn)象, 減小超調(diào)量, 使系統(tǒng)易于穩(wěn)定。u (k =K p e (k +K I e (i +f e (k e (k i =0k -I保護(hù)電路采用一片G AL 芯片對功率部分傳送過來的系統(tǒng)過壓、欠壓、過流、制動(dòng)異常、EX B841故障等故障信號進(jìn)行鎖存, 出現(xiàn)任何一種故障時(shí), 保護(hù)信號通過封鎖驅(qū)動(dòng)器244以封鎖橋臂驅(qū)動(dòng)信號的輸出。(4 全比較單元DSP 經(jīng)過運(yùn)算之后得到滿足控制要求的PWM 輸出, 通過全比較單元輸出, 在DSP 內(nèi)部有式中:f e (k 為一系數(shù), 是e (k 的函數(shù)。3. 4系統(tǒng)程序系統(tǒng)的主程序部分主要是對控制軟件進(jìn)行初始化, 設(shè)置TM

7、S320F240的各種功能模塊, 以設(shè)定系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的工作方式。初始化工作完成后, 系統(tǒng)進(jìn)入等待狀態(tài), 等待各種中斷產(chǎn)生, 進(jìn)入中斷服務(wù)子程序以產(chǎn)生控制信號。系統(tǒng)包含定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序, 捕獲口中斷服務(wù)子程序。定時(shí)器1以開關(guān)管工作頻率為其工作頻率, 在程序中完成電壓、電流的調(diào)節(jié), 及輸出PWM 信號到硬件電路, 用以控制開關(guān)管, 進(jìn)而控制主電路電流的目的, 同時(shí)完成各種軟件保護(hù)的查詢與輸出保護(hù)信號的功能。捕獲口中斷服務(wù)子程序用來對輸入電壓信號進(jìn)行定位。它是利用對A 相電壓過零點(diǎn)的捕獲來定位電壓矢量的零點(diǎn)。此捕獲口的時(shí)基是定時(shí)器2, 得到此零點(diǎn)后, 一個(gè)交流周期以內(nèi), 用定時(shí)器2來指示電

8、壓的相位, 經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換, 即可獲一個(gè)預(yù)設(shè)死區(qū), 因此無需外部死區(qū)電路。輸出經(jīng)過244(緩沖器/驅(qū)動(dòng)器 , 分別送到六片EX B841以驅(qū)動(dòng)整流橋的六個(gè)IG B T 。3整流器軟件3. 1軟件濾波技術(shù)本系統(tǒng)采用滑動(dòng)平均值濾波器數(shù)字濾波技術(shù)。滑動(dòng)平均值濾波器采用隊(duì)列作為測量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器, 隊(duì)列長度固定為N 。每進(jìn)行一次新的測量, 把測得的數(shù)據(jù)放在隊(duì)列尾, 舍棄隊(duì)首的一個(gè)數(shù)據(jù), 即隊(duì)列中保證有N 個(gè)數(shù)據(jù)。并對這N 個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均即可。3. 2SVPWM 技術(shù)電流調(diào)節(jié)器依靠PWM 技術(shù)將輸出的電壓指 得電壓矢量的實(shí)際位置。同時(shí)每產(chǎn)生一個(gè)捕獲中斷, 對定時(shí)器2清零, 以確保每一個(gè)周期都可獲得合理

9、的位置信號。參考文獻(xiàn)1Pedro Verdelhe , Marques G D. DC Voltage Control and Stabili 2ty Analysis of PWM 2Voltage 2Type Reversible Rectifiers J .IEEE Trans on IE ,1998,45(2 :2632273.4結(jié)束語隨著對綠色用電器要求的不斷增強(qiáng), 開發(fā)無諧波污染的用電器已經(jīng)是電力電子領(lǐng)域內(nèi)的共識, 其中三相電壓型PWM 整流器是近年本領(lǐng)域研究的重點(diǎn), 其應(yīng)用前景非常廣闊。文中介紹了三相電壓型PWM 整流器的控制方案及軟硬件的實(shí)現(xiàn)方法, 實(shí)驗(yàn)證明了其可行性。2馬小亮

10、. 異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制和解耦控制J.電氣傳動(dòng),1992, (4 :8212.3楊德剛, 趙良炳, 劉潤生. 三相高功率因數(shù)整流器的建模及閉環(huán)控制J.電力電子技術(shù),1999, (10 :49251.4Vladimir Blasko , Vikram Kaura. A New Mathematical Modeland Control of a Three 2Phase AC 2DC Voltage Source Converter J.IEEE Trans on PE ,1997,112(1 :1162123.5熊健, 康勇, 張凱, 等. SP 2WM J., (2 :25228.新產(chǎn)品介紹

11、SBW 5型無觸點(diǎn)補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器由于我國交流電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展不平衡、輸變電和配電設(shè)施的性能質(zhì)量不佳、用電設(shè)備配置不合理等原因, 致使供電質(zhì)量受到了嚴(yán)重影響, 表現(xiàn)為經(jīng)常過欠壓、瞬時(shí)跌落、浪涌及尖峰干擾較多(在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)尤其嚴(yán)重 。而隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 信息技術(shù)和微電子技術(shù)的應(yīng)用, 大量用電設(shè)備對供電質(zhì)量的要求越來越高, 因而, 電力穩(wěn)壓器已成為許多電子設(shè)備(如計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、廣電發(fā)射設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等 和機(jī)電設(shè)備(如數(shù)控機(jī)床等 不可缺少的供電裝置。電力穩(wěn)壓器廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、郵電通信、廣播電視、科學(xué)研究、軍事設(shè)施、醫(yī)療儀器等各個(gè)行業(yè), 它為一切用電設(shè)備裝置提供優(yōu)質(zhì)電能。目前市場上的電

12、力穩(wěn)壓器大多是機(jī)械碳刷型的。其工作原理為:伺服電機(jī)經(jīng)過減速器減速, 由鏈條帶動(dòng)碳刷架, 改變碳刷在調(diào)節(jié)變壓器繞組滑面的位置而調(diào)整電壓。由于使用碳刷和機(jī)械傳動(dòng), 造成其工作壽命短、響應(yīng)速度慢、碳刷接觸面小而影響輸出電流、碳刷磨損快需要經(jīng)常更換、機(jī)械失靈引起沖頂而燒壞穩(wěn)壓器、電力局更換線路造成電機(jī)反轉(zhuǎn)而燒壞設(shè)備等許多缺點(diǎn)和問題。此外, 部分行業(yè)在大量使用一種老式的油浸式電力調(diào)壓器, 其體積大、效率低、響應(yīng)時(shí)間慢、穩(wěn)壓精度差, 易漏油及產(chǎn)生電氣火災(zāi), 國家有關(guān)部門已嚴(yán)禁在易燃區(qū)域使用, 其缺點(diǎn)和不足就更加明顯。上述形式的電力穩(wěn)壓器已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的需要。因此, 采用電力電子技術(shù)進(jìn)行升級換代

13、的新型穩(wěn)壓器“無觸點(diǎn)補(bǔ)償式穩(wěn)壓器”取而代之, 已是目前大功率電力穩(wěn)壓器的最主要發(fā)展方向。上海潘登電源公司專業(yè)生產(chǎn)電力穩(wěn)壓器, 并與歐美著名的電源防護(hù)公司有著密切的合作關(guān)系。公司技術(shù)力量雄厚, 開發(fā)、研制電源新產(chǎn)品的能力很強(qiáng), 有許多技術(shù)論文發(fā)表在國內(nèi)各大專業(yè)刊物, 在國內(nèi)電源行業(yè)知名度極高、信譽(yù)度良好。多次參與無觸點(diǎn)穩(wěn)壓器和雷電浪涌防護(hù)器的國標(biāo)、部標(biāo)制定, 多項(xiàng)產(chǎn)品在行業(yè)中一直處于領(lǐng)先地位。公司綜合十多年電力穩(wěn)壓器生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn), 緊跟科技發(fā)展的步伐, 采用歐美高新技術(shù)的器件, 自行開發(fā)研制成功新一代DBW5A/SBW5A 型無觸點(diǎn)補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器和DBW5B/SBW5B 型無觸點(diǎn)補(bǔ)償式免維護(hù)電力穩(wěn)壓器。DBW/SBW5型系列無觸點(diǎn)補(bǔ)償式穩(wěn)壓器有針對性的克服了機(jī)械碳刷型穩(wěn)壓器調(diào)壓速度慢, 機(jī)械調(diào)壓部分經(jīng)常出故障; 碳刷接觸易磨損、打火; 磁補(bǔ)償型穩(wěn)壓器自耗大, 易產(chǎn)生諧波; 參數(shù)型穩(wěn)壓器負(fù)載適應(yīng)性差, 效率低, 噪聲大; 油浸式穩(wěn)壓器穩(wěn)壓精度差、易漏油不安全等固有缺點(diǎn), 同時(shí)保留了上述穩(wěn)壓器的所有優(yōu)點(diǎn)。DBW/SBW5型系列無觸點(diǎn)補(bǔ)償式穩(wěn)壓器與同類產(chǎn)品相比, 具有體積小、重量輕、功能全等優(yōu)點(diǎn); 采用大規(guī)模集成電路, 控制若干個(gè)最先進(jìn)的, 環(huán)形式補(bǔ)償變壓器和調(diào)節(jié)變