三相PWM整流器

1、摘要 隨著綠色能源技術(shù)的快速發(fā)展，PWM整流器技術(shù)己成為電力電子技術(shù)研究的熱點(diǎn)和亮點(diǎn)。PWM整流器可成為用電設(shè)備或電網(wǎng)與其它電氣設(shè)備的理想接口，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化和功率因數(shù)可調(diào)整。本文首先分析了PWM整流器的基本原理，然后根據(jù)三相電壓源型PWM整流器各相電壓電流之間的關(guān)系和橋路的工作狀態(tài)，給出系統(tǒng)在三相ABC坐標(biāo)系和兩相dq坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，利用電流反饋解耦控制，以及系統(tǒng)的基本控制框圖。并設(shè)計(jì)了電壓環(huán)和電流環(huán)數(shù)字化PI調(diào)節(jié)器，結(jié)合理論分析和實(shí)際對(duì)其參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化整定。關(guān)鍵詞：三相電壓型PWM整流器；數(shù)學(xué)模型；dq變換。 1 三相電壓源型PWM整流器工作原理及數(shù)學(xué)模型1.1 PWM整

2、流器原理1.1.1 PWM整流電路工作原理將普通整流電路中的二極管或晶閘管換成IGBT或MOSFET等自關(guān)斷器件，并將SPWM技術(shù)應(yīng)用于整流電路，這就形成了PWM整流電路。通過對(duì)PWM整流電路的適當(dāng)控制，不僅可以使輸入電流非常接近正弦波，而且還可以使輸入電流和電壓同相位，功率PWM整流電路由于需要較大的直流儲(chǔ)能電感以及交流側(cè)LC濾波環(huán)節(jié)所導(dǎo)致的電流畸變、振蕩等問題，使其結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜化，從而制約了它的應(yīng)用和研究。相比之下，電壓型PWM整流電路以其結(jié)構(gòu)簡單，較低的損耗等優(yōu)點(diǎn)，電壓型PWM整流電路的成功應(yīng)用更現(xiàn)實(shí)鴨故選擇電壓型PWM整流電路進(jìn)行研究。下面分別介紹單相和三相PWM整流電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和

3、工作原理。圖1-2 單相PWM整流電路圖1-2為單相全橋PWM整流電路，交流側(cè)電感包含外接電抗器的電感和交流電源內(nèi)部電感，是電路正常工作所必需的。電阻包含外接電抗器的電阻和交流電源內(nèi)部電阻。同SPWM逆變電路控制輸出電壓相類似，可在PWM整流電路的交流輸入端AB產(chǎn)生一個(gè)正弦調(diào)制PWM波，中除含有和開關(guān)頻率有關(guān)的高次諧波外，不含低次諧波成分。由于電感的濾波作用，這些高次諧波電壓只會(huì)使交流電流產(chǎn)生很小的脈動(dòng)。如果忽略這種脈動(dòng)，當(dāng)正弦信號(hào)波的頻率和電源頻率相同時(shí)，為頻率與電源頻率相同的正弦波。圖1-3 單相PWM整流電路等效電路PWM整流電路的單相等效電路如圖1-3所示，其中為交流電源電壓。當(dāng)一定時(shí)

4、，的幅值和相位由中基波分量的幅值及其與的相位差決定。改變中基波分量的幅值和相位，就可以使與同相位。圖1-4給出了單相PWM整流電路的相量圖，其中以表示電網(wǎng)電壓，表示PWM整流電路輸出的交流電壓，為連接電抗器的電壓，為電網(wǎng)內(nèi)阻的電壓；在圖1-4a)中，滯后的相角為，與的相位完全相同，電路工作在整路流狀態(tài)，且功率因數(shù)為1。在圖1-4b)中，超前的相角為，與的相位相反，電路工作在逆變狀態(tài)。這說明PWM整流電路可以實(shí)現(xiàn)能量正反兩個(gè)方向的流動(dòng)，既可以運(yùn)行在整流狀態(tài)，從交流側(cè)向直流側(cè)輸送能量；也可以運(yùn)行在逆變狀態(tài)，從直流側(cè)向交流側(cè)輸送能量。而且這兩種方式都可在單位功率因數(shù)下運(yùn)行。圖1-4 PWM整流電路兩

5、種運(yùn)行方式向量圖a）整流運(yùn)行 b）逆變運(yùn)行圖1-5 三相PWM整流電路三相PWM整流電路主要結(jié)構(gòu)如圖1-5所示，其工作原理和單相PWM整流電路類似。通過對(duì)電路進(jìn)行SPWM控制，就可以在橋的交流輸入端ABC產(chǎn)生一個(gè)正弦調(diào)制PWM波，。，對(duì)各相電壓按圖1-4a)的向量圖進(jìn)行控制，就可使各相電流，為正弦波且和電壓相位相同，功率因數(shù)為1。2 三相VSR控制策略及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 VSR的電流控制方法VSR的工作原理分析表明，當(dāng)其正常工作時(shí)，能在穩(wěn)定直流側(cè)電壓的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)正弦波形電流控制。另一方面，當(dāng)VSR應(yīng)用于注入有源電力濾波器等領(lǐng)域時(shí)，其王測電流的控制性能決定了系統(tǒng)性能指標(biāo)的優(yōu)劣。因此，VSR

6、的電流控制策略是十分重要的。2.1.1 間接電流控制和直接電流控制的比較為了使PWM整流電路在工作時(shí)功率因數(shù)近似為1，即要求輸入電流為正弦波且和電源電壓同相位，可以有多種控制方法，根據(jù)有沒有引入電流反饋可以將這些控制方法分為兩種，沒有引入交流電流反饋的稱為間接電流控制，引入交流電流反饋的稱為直接電流控制。間接電流控制也稱為相位和幅值控制，其實(shí)質(zhì)是，通過PWM控制，在VSR橋路交流側(cè)生成幅值、相位受控的正弦PWM電壓。該P(yáng)WM電壓與電網(wǎng)電動(dòng)勢共同作用于VSR交流側(cè)，并在VSR交流側(cè)形成正弦基波電流，而諧波電流則由VSR交流側(cè)電感濾除。由于這種VSR電流控制方案通過直接控制VSR交流側(cè)電壓進(jìn)而達(dá)到

7、控制VSR交流側(cè)電流的目的，因而是一種間接電流控制方式。這種間接電流控制由于無需設(shè)置交流電流傳感器以構(gòu)成電流閉環(huán)控制，因而是一種VSR簡單控制方案。間接電流控制的優(yōu)點(diǎn)在于控制簡單，一般無需電流反饋控制。另外，間接電流控制還可分為穩(wěn)態(tài)間接電流控制和動(dòng)態(tài)間接電流控制。間接電流控制的主要問題在于，VSR電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)不夠快，甚至交流側(cè)電流中含有直流分量，且對(duì)系統(tǒng)參數(shù)波動(dòng)較敏感，因而常適合于對(duì)VSR動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求不高且控制結(jié)構(gòu)要求簡單的應(yīng)用場合。相對(duì)于間接電流控制，直接電流控制以快速電流反饋控制為特征。在這種控制方法中，通過運(yùn)算求出交流輸入電流指令值，再引入交流電流反饋，通過對(duì)交流電流的直接控制而使其跟蹤

8、指令電流值。這種直接電流控制與間接電流控制在結(jié)構(gòu)上的主要差別在于：前者具有網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制，而后者則無網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制。由于采用網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制，使VSR網(wǎng)側(cè)電流動(dòng)、靜態(tài)性能得到了提高，同時(shí)也使網(wǎng)側(cè)電流控制對(duì)系統(tǒng)參數(shù)不敏感，從而增強(qiáng)了電流控制系統(tǒng)的魯棒性。直接電流控制可以獲得較高品質(zhì)的電流響應(yīng)，但控制結(jié)構(gòu)和算法較間接電流控制復(fù)雜。直接電流控制中有不同的電流跟蹤控制方法，常用的有：固定開關(guān)頻率PWM電流控制、滯環(huán)PWM電流控制、空間矢量PWM電流控制等，這些電流控制方案各有其優(yōu)缺點(diǎn)。本文主要研究基于(d，q)坐標(biāo)系的固定開關(guān)頻率PWM電流控制策略：1） 固定開關(guān)頻率PWM電流控制算法簡單，物理意

9、義清晰。且實(shí)現(xiàn)較方便。2）由于開關(guān)頻率固定，因而網(wǎng)側(cè)變壓器及濾波電感設(shè)計(jì)較容易，并且有利于限制功率開關(guān)損耗。3）兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d，q)中的指令電流為直流時(shí)不變信號(hào)。4）在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d，q)中，電流控制方案易于有功和無功電流的解耦控制。2.1.2 三相VSR在dq坐標(biāo)系下的直接電流控制對(duì)于dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，不考慮前饋解耦時(shí)的三相VSR固定開關(guān)頻率PWM電流控制原理如圖2-1所示。圖2-1 dq坐標(biāo)系下三相VSR直接電流控制原理圖顯然，電流指令來自電壓外環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出，而且表示三相電流的有共分兩；而電流指令則表示三相電流的無功分量，且可以獨(dú)立給定，若是要求單位功率因數(shù)運(yùn)行，則可

10、以將其給定設(shè)為0。在dq同步坐標(biāo)系中，指令電流是直流信號(hào)；其電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器可以實(shí)現(xiàn)無靜差控制，穩(wěn)態(tài)性能好；在兩相dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，易于有功電流和無功電流的獨(dú)立控制，也即解耦控制。2.2 三相VSR控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在三相VSR控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般采用雙環(huán)控制，即電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)。電壓外環(huán)作用主要是控制三相VSR直流側(cè)電壓，而電流內(nèi)環(huán)作用主要是按電壓外環(huán)輸出的電流指令進(jìn)行電流控制。2.2.1 電流內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1）電流內(nèi)環(huán)的簡化由前面敘述可以知道，三相VSR的dq模型可以描述為式中，、電網(wǎng)電動(dòng)勢矢量的、分量； 、三相VSR交流側(cè)電壓矢量的、分量； 、三相VSR交流側(cè)電流矢量的的、分量

11、。從三相VSR的dq模型方程式（2-1）可以看出。由于VSR的d、q軸變量相互耦合，因此給控制器的設(shè)計(jì)造成一定困難。為此，可以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)器時(shí)，則、的控制方程如下：式中，、電流內(nèi)環(huán)比例調(diào)節(jié)增益和積分調(diào)節(jié)增益； 、和的電流指令值。由此可以畫出電流內(nèi)環(huán)的解耦控制結(jié)構(gòu)，如圖2-2。圖2-2 三相VSR電流內(nèi)環(huán)解耦控制結(jié)構(gòu)2）電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)由于兩電流內(nèi)環(huán)的對(duì)稱性，因而下面以控制為例討論電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)。考慮電流內(nèi)環(huán)采樣信號(hào)的延遲和PWM控制的小慣性特性，已經(jīng)解耦的電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圖2-3 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖2-3中，為電流內(nèi)環(huán)電流采樣周期，為橋路PWM等效增益。

12、為簡化分析，且將PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)寫成零極點(diǎn)形式，即將小時(shí)間常數(shù)/2、合并，得到簡化的電流環(huán)結(jié)構(gòu)。如圖2-4所示。圖2-4 無擾動(dòng)且忽略R時(shí)的近似電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)由此可以按照典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，從圖2-4得到電流內(nèi)環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為 為了盡量提高電流響應(yīng)的快速性，對(duì)典型型系統(tǒng)而言，可設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)闹蓄l寬，工程上常取。按照典型型系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)關(guān)系有解得2.2.2 電壓外環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 三相VSR的電壓環(huán)簡化結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2-5 三相VSR電壓環(huán)簡化結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)由于電壓外環(huán)的主要控制作用是穩(wěn)定三相VSR直流電壓，故其控制系統(tǒng)整定時(shí)，應(yīng)著重考慮電壓環(huán)的抗擾性能。型系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)恒值給定可以實(shí)現(xiàn)無靜差跟

13、蹤，顯然，同樣可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電壓調(diào)節(jié)器，由圖2-5得電壓環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為由此，得電壓環(huán)中頻寬為由典型型系統(tǒng)控制器參數(shù)整定關(guān)系，得綜合考慮電壓環(huán)控制系統(tǒng)的抗擾性和跟隨性，取，計(jì)算出電壓環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)為3 硬件設(shè)計(jì)3.1 主電路的設(shè)計(jì)3.1.1 主功率開關(guān)器件的選擇 在大功率電力電子器件的應(yīng)用中，IGBT已取代GTR或者M(jìn)OSFET成為應(yīng)用的主流。IGBT的優(yōu)點(diǎn)在于輸入阻抗高、開關(guān)損耗小、飽和壓降低、開關(guān)速度快、熱穩(wěn)定性能好、驅(qū)動(dòng)電路簡單等。目前，由IGBT單元構(gòu)成的功率模塊在智能化方面得到迅速發(fā)展，智能功率模塊IPM（Intelligent Power Module）不僅包括基本組合單元和

14、驅(qū)動(dòng)電路，還具有保護(hù)盒報(bào)警功能，以其完善的功能和較高的可靠性為我們創(chuàng)造了很好的應(yīng)用條件，簡化了電路設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的三相電壓型PWM整流器功率為15KW，三相交流輸入電壓相電壓有效值為220V，主功率開關(guān)器件采用IPM來實(shí)現(xiàn)。假設(shè)效率為90%，則每相輸入額定電流有效值為則網(wǎng)側(cè)電流峰值為考慮2倍安全系數(shù)，取IPM的電流額定為100A。最大反向電壓為在式（3-3）中，是電源線電壓的振幅值，當(dāng)電源相電壓為220V時(shí)選。綜合以上分析，選取額定電壓為1200V，額定電流為100A的IGBT模塊。3.1.2 交流側(cè)電感的設(shè)計(jì) 下面從穩(wěn)態(tài)條件下滿足功率指標(biāo)要求和電流波形品質(zhì)指標(biāo)兩方面討論交流側(cè)電感的設(shè)計(jì)。1）

15、 滿足功率指標(biāo)要求的電感設(shè)計(jì)當(dāng)三相電壓型PWM整流器在最大功率輸出運(yùn)行時(shí)，交流側(cè)電壓矢量與電網(wǎng)電動(dòng)勢矢量相位差，此時(shí)，交流側(cè)電感上的電壓值為則流經(jīng)電感的電流值為則每相電網(wǎng)電動(dòng)勢發(fā)出或者吸收的有功功率為將式（3-6）帶入（3-7）得則三相電網(wǎng)電動(dòng)勢發(fā)出或者吸收的有功功率為，本文設(shè)計(jì)的三相電壓型PWM整流器功率為15KW，為了滿足功率指標(biāo)要求，有由式（3-9）得將、代入式（3-10）計(jì)算得 2）滿足瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)時(shí)的電感設(shè)計(jì)除了考慮功率指標(biāo)外，電感設(shè)計(jì)還需要考慮滿足瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)的要求，既要抑制紋波電流，也要快速跟蹤電流。為了抑制諧波電流較大的脈動(dòng)，此時(shí)電感應(yīng)足夠大，以滿足抑制諧波電流要求；另

16、一方面，當(dāng)電流過零時(shí)，其變化率最大，此時(shí)電感足夠小，以滿足快速跟蹤電流的要求。由于此原理較為復(fù)雜，再次不再贅述。查閱相關(guān)資料得到滿足瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)時(shí)的電感取值范圍為式（3-12）中，為PWM開關(guān)周期，為最大允許諧波電流脈動(dòng)量。欲使上式成立，需要滿足綜上所述，根據(jù)大致計(jì)算，不妨設(shè)。3.1.3 直流側(cè)電容的設(shè)計(jì) 電壓型PWM整流器直流側(cè)電容主要有以下作用：1）緩沖VSR交流側(cè)與直流側(cè)的無功能量交換；2）抑制直流側(cè)電壓紋波； 3）當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，支撐直流側(cè)電壓，限定直流電壓的波動(dòng)。 一般而言，從滿足電壓環(huán)控制的跟隨性指標(biāo)看，VSR直流側(cè)電容應(yīng)盡量小，以確保VSR直流側(cè)電壓的快速跟蹤控制；而從滿足

17、電壓環(huán)控制的抗擾性指標(biāo)分析，VSR直流側(cè)電容應(yīng)盡量大，以限制負(fù)載擾動(dòng)時(shí)的直流電壓動(dòng)態(tài)降落。但是，當(dāng)滿足直流電壓跟隨性能指標(biāo)時(shí)通常不滿足直流電壓抗擾性能指標(biāo)，反之亦然。這就要求在三相VSR電容參數(shù)設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)實(shí)際需要，綜合考慮直流電壓跟隨性和抗擾性性能指標(biāo)，并遵循以下一些準(zhǔn)則：1）直流側(cè)電容的選取應(yīng)使直流電壓保持穩(wěn)定，峰峰波動(dòng)值不超過允許值；2）所選擇的電容器的參數(shù)不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3）負(fù)載變化的暫態(tài)過程中應(yīng)能盡量減小電壓調(diào)節(jié)的超調(diào)量和過渡時(shí)間；4）中間回路的損耗應(yīng)保持最小。對(duì)于參數(shù)計(jì)算，此處不作多的敘述，取電容即可。3.2 控制電路硬件設(shè)計(jì)3.2.1 IGBT驅(qū)動(dòng)電路 IGBT

18、的驅(qū)動(dòng)電路型號(hào)較多，此處采用國際整流器公司的IR21系列驅(qū)動(dòng)電路。IR21系列是國際整流器公司推出的高壓驅(qū)動(dòng)器，一片IR2130可以直接驅(qū)動(dòng)中小容量的6支場控開關(guān)管，且只需一路控制電源。IR2130是28引腳雙列直插式集成電路，應(yīng)用方法如圖3-3所示。HIN1、HIN2、HIN3為3個(gè)高側(cè)輸入端，LIN1、LIN2、LIN3為3路低側(cè)輸入端，HO1、VS1、HO2、VS2、HO3、VS3為3路高側(cè)輸出端，L01、L02、L03為3路低側(cè)輸出端，VSS為電源地，VSD為驅(qū)動(dòng)地，VB1、VB2、VB3為3路高側(cè)電源端。采用IR2130作為驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，外圍元件少，性價(jià)比明顯提高。圖3-3 IR213

19、0結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用電路3.2.2 信號(hào)檢測電路 檢測模塊在三相電壓型整流器控制系統(tǒng)中被采集的信號(hào)主要有交流側(cè)的三相電流信號(hào)，直流側(cè)電容電壓和指令電壓等。采集到的重要數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)是在F2407系統(tǒng)中。以下是分別用來檢測系統(tǒng)中三相電流信號(hào)，直流側(cè)電容電壓和指令電壓信號(hào)的電路圖。1） 交流電流檢測電路交流側(cè)電流檢測電路如圖3-4所示。圖3-4 交流側(cè)電流檢測電路由于互感器鐵芯磁性材料的非線性影響，高次諧波分量的測量誤差較大。用一般的互感器檢測含有豐富諧波分量的輸出電壓和電流，將難以準(zhǔn)確測量電壓和電流的瞬時(shí)值。對(duì)于直流及非正弦波(含有諧波分量較多)的交流電壓和電流信號(hào)的隔離傳送，最好的方法是用霍爾電流互感器

20、?；魻柣ジ衅骶€性度好，測量區(qū)間寬，測量精度高，響應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)被測電路與反饋電路的可靠隔離，因此檢測三相交流電流信號(hào)時(shí)使用霍爾傳感器，傳感器把電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸入到檢測電路，通過調(diào)節(jié)電位器檢測電路獲得適當(dāng)?shù)姆糯笙禂?shù)，電壓信號(hào)經(jīng)放大輸入到F2407的一路A/D引腳上。2） 直流側(cè)電壓檢測電路直流電壓檢測電路，即直流側(cè)電容兩端的檢測如圖3-5所示。直流側(cè)電壓先經(jīng)過一電壓傳感器和功放電路，將高壓轉(zhuǎn)換成幾伏的低壓后，送至DSP的A/D端口。圖3-5 直流側(cè)電壓檢測電路3） 網(wǎng)側(cè)電壓檢測電路網(wǎng)側(cè)三相交流電壓經(jīng)變壓器降壓后，經(jīng)濾波后經(jīng)反向跟隨電路反向，輸入至DSP芯片F(xiàn)2407的A/D引腳。生成網(wǎng)

21、側(cè)交流電壓的同步信號(hào)經(jīng)過零比較電路輸入到CAP端口。圖3-6 網(wǎng)側(cè)電壓檢測電路4 軟件設(shè)計(jì)在三相電壓型PWM整流器雙環(huán)控制系統(tǒng)中，輸出端直流側(cè)電容電壓反饋控制外環(huán)，電壓環(huán)指令與直流電壓檢測信號(hào)經(jīng)比較產(chǎn)生誤差信號(hào)，誤差信號(hào)送入外環(huán)調(diào)節(jié)器。檢測到的網(wǎng)側(cè)交流電壓同步信號(hào)和交流電壓信號(hào)經(jīng)過坐標(biāo)變換后送入狀態(tài)反饋環(huán)節(jié)，再經(jīng)解耦處理后生成整流器網(wǎng)側(cè)電流反饋控制內(nèi)環(huán)的指令信號(hào)，最后生成的信號(hào)送入PWM比較器，從而控制IGBT的開關(guān)與導(dǎo)通。交流電流內(nèi)環(huán)控制大大提高了系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)能力；外環(huán)控制使系統(tǒng)具有高度的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性。系統(tǒng)的軟件就是根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)各種檢測的實(shí)時(shí)信號(hào)處理過程編寫的。系統(tǒng)軟件主要分成兩個(gè)部

22、分：主程序模塊和中斷服務(wù)程序模塊。4.1 主程序設(shè)計(jì)主程序主要完成系統(tǒng)運(yùn)行前的一些初始化與準(zhǔn)備操作，主程序的功能包括設(shè)置系統(tǒng)的時(shí)鐘，F(xiàn)2407芯片內(nèi)部的一些專用寄存器的定義與初始化，對(duì)集成外設(shè)控制寄存器設(shè)置選擇外設(shè)模塊在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的工作方式，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)目前的狀態(tài)進(jìn)行檢測判斷三相電壓信號(hào)相位與相位差，如果電網(wǎng)一切正常就啟動(dòng)A/D采樣，開全局中斷，開事件管理器全比較中斷進(jìn)入工作模式。程序流程圖如圖4-1所示。4.2 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)工作時(shí)大多處在中斷服務(wù)程序運(yùn)行時(shí)間，電壓電流信號(hào)的采樣處理、控制器的計(jì)算，以及出現(xiàn)故障時(shí)的保護(hù)都是在中斷服務(wù)程序中完成的。程序的編寫要注意以下幾個(gè)方面。進(jìn)入中斷服

23、務(wù)程序程序要保護(hù)現(xiàn)場以避免數(shù)據(jù)丟失，在中斷服務(wù)程序程序中要生成驅(qū)動(dòng)IGBT所需的PWM信號(hào)，而PWM的頻率為10K赫茲，因此每次響應(yīng)中斷的時(shí)間只有大約100微秒，并且中斷過程中要進(jìn)行兩次加載操作，因此軟件的編寫要十分講究效率。程序流程圖如圖4-2所示。4.3 直流側(cè)電壓檢測模塊 在直流電壓檢測模塊，啟動(dòng)兩路A/D通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流側(cè)電容電壓信號(hào)和指令信號(hào)的檢測，通過設(shè)置計(jì)數(shù)器的方法對(duì)直流側(cè)電壓多次累加求平均值消除一些諧波的干擾，并對(duì)直流側(cè)電壓是否在工作范圍之內(nèi)做出判斷，一旦直流側(cè)過壓或欠壓就發(fā)出中斷請(qǐng)求至PDINT引腳上，立即封鎖PWM信號(hào)的輸出確保主電路IGBT模塊的安全。同時(shí)為外環(huán)調(diào)節(jié)器的計(jì)

24、算提供所需的誤差信號(hào)，同樣誤差信號(hào)也是累加多次求平均值方法獲得。圖4-1 主程序流程圖圖4-2 中斷服務(wù)程序流程圖圖4-3 直流電壓檢測程序流程圖4.4 交流電壓檢測模塊 交流電壓檢測模塊實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)三相電壓信號(hào)的檢測，并通過坐標(biāo)變換求得d，q軸分量，進(jìn)而得到狀態(tài)反饋。如圖4-4所示。4.5 電流指令計(jì)算模塊 電流環(huán)的指令信號(hào)是電壓環(huán)的輸出信號(hào)與網(wǎng)側(cè)電流檢測值比較得到，其具體實(shí)現(xiàn)如圖4-5。在電流指令信號(hào)生成子程序中，電網(wǎng)同步信號(hào)是通過查表獲得的，預(yù)先做好的正弦表格存儲(chǔ)在F2407片內(nèi)的程序段內(nèi)，表格的指針與電網(wǎng)電壓同步。由于樣機(jī)設(shè)計(jì)過程中認(rèn)為電網(wǎng)三相對(duì)稱，因此只計(jì)算A，c兩相電流指令信號(hào)，B相信

25、號(hào)由A，C兩相之差求得。 圖4-4 交流電壓檢測程序流程圖 圖4-5 電流指令計(jì)算程序流程圖4.6 網(wǎng)測電流檢測模塊 電流檢測模塊不但實(shí)現(xiàn)交流側(cè)進(jìn)線電流的檢測，同時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的電流是否在允許的工作范圍內(nèi)，一旦交流電流過大就調(diào)用網(wǎng)側(cè)電流反時(shí)限保護(hù)程序，若系統(tǒng)電流過大則快速產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸入PDINT引腳，封鎖PWM信號(hào)的輸出。其流程圖如圖4-6所示。圖4-6 網(wǎng)測電流檢測程序流程圖參考文獻(xiàn)1 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù).第4版.北京：機(jī)械工業(yè)大學(xué)出版社，2007 2 楊蔭福，段善旭，朝澤云.電力電子裝置及系統(tǒng).北京：清華大學(xué)出版社, 20063 張崇巍，張興.PWM整流器及其控制.北京：機(jī)械工業(yè)大學(xué)出版社，2003 4 吳守箴，臧英杰.電氣傳動(dòng)的脈寬調(diào)制控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2002，5 易軍，王紅蕾.高功率因數(shù)PWM變流器仿真研究.貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2002,31(3):15-19 6 熊健，張凱，陳堅(jiān).PWM整流器的控制器工程化設(shè)計(jì)方法.電工電能新技術(shù)，2002