直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電PWM整流電路設(shè)計(jì)(硬件)王汐

摘要直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種由風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，亦稱無齒輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在配合傳統(tǒng)整流器使用時(shí)一直存在著輸出電流諧波含量較高，輸出功率因數(shù)較低等問題，是電網(wǎng)主要的諧波污染源之一。而PWM整流技術(shù)可以有效改善這一狀況。PWM整流技術(shù)能夠使整流器網(wǎng)側(cè)電流正弦化并且運(yùn)行于單位功率因數(shù)狀態(tài)，消除了傳統(tǒng)整流器的弊端，促進(jìn)了整流技術(shù)的長遠(yuǎn)發(fā)展，得到了廣泛的研究和工程應(yīng)用。本文圍繞PWM整流中的三相電壓型整流展開研究，詳細(xì)分析了三相PWM整流器在輸入三相交流平衡電壓時(shí)的數(shù)學(xué)模型、工作原理；研究了電感和電容參數(shù)設(shè)計(jì)方法；深入研究了基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系電流解耦控制算法，設(shè)計(jì)了基于SVPWM的電壓電流雙閉環(huán)控制器。以TMS320F2812DSP為內(nèi)核以DIP-IPM為驅(qū)動(dòng)搭建硬件電路，解決了直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸電效率低、電力污染等問題。在控制方法方面有創(chuàng)新，仿真證明了DSP控制PWM整流能夠有效地抑制注入電網(wǎng)的諧波。對(duì)PWM整流器及其控制方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的三相PWM整流器控制方案的正確性。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的電流解耦控制算法，能夠使三相電壓型整流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)整流，電網(wǎng)側(cè)相電壓、電流基本同相位，電流跟隨速度快，具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)控制特性。關(guān)鍵詞：DSP控制;PWM整流;直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電;DIP-IPM;TMS320F2812ABSTRACTDirectdrivingtypewindturbineisadrivendirectlybytherotorofwindpowergeneratorunit,alsosaynogearwindpowergeneratorsintraditionalrectifier,withusealwaysexistedoutputcurrentharmoniccontentishigher,theoutputpowerfactorislow,isoneofthemaingridharmonicspollutionsources.ThePWMrectifiertechnologycaneffectivelyimprovethesituation.PWMrectifiertechnologyenablesnetworksidecurrentsinusoidalrectifieroperatingintheunitofpowerfactorandthestate,eliminatingthedrawbacksoftheconventionalrectifier,therectifiertechnologytopromotelong-termdevelopmenthasbeenextensiveresearchandengineeringapplications.Thisarticlefocusonthethree-phasevoltagesourcePWMrectifierlaunchedresearch,detailedanalysisofrectifyingthethree-phasePWMconverter3-phasebalanceintheinputvoltageofthemathematicalmodel,whenworkingprinciple;Researchtheinductanceandcapacitanceparameterdesignmethod;Basedonadeepresearchoncurrentrotatingcoordinatesystem,andthedecouplingcontrolalgorithmPSIMsimulated,andtheaccuracyofthisalgorithmwasverified,thevoltageisdesignedonthebasisofSVPWMcurrentdoubleclosedloopcontroller.TakeTMS320F2812DSPasthekernelbuildhardwarecircuit,solvethewindgeneratordirectdrivingtypetogridtransmissionefficiency,lowpowerpollutionproblems.Innovationinthecontrolmethod,usingexperimentsprovetheDSPcontrolPWMrectifiercaneffectivelyrestrainharmonicsintopowergrid.AndthecontrolmethodofPWMrectifiertestifiedexperimentally.Experimentresultsshowthatthedesignofthethree-phasePWMconvertercontrolsolutions,andtheoreticalanalysisiscorrect.Basedontheexperimentalresultsshowthat:thecurrentrotatingcoordinatedecouplingcontrolalgorithm,canmakethree-phasevoltagesourcerectifiersystemtorealizehighpowerfactorrectifier,gridsidephasevoltage,currentbasicphasewithfastspeed,currenttracking,gooddynamicandstaticcontrolcharacteristic.KeyWords：DSPcontrol;PWMcontrol;Directdrivingtypewindpower;DIP-IPM;TMS320F2812目錄第一章述 第一章述 TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1.1直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)概況 -1-\o"CurrentDocument"1.2直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特點(diǎn) -2-\o"CurrentDocument"1.3我國直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造概況 -2-\o"CurrentDocument"1.4直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)展前景 -4-\o"CurrentDocument"第二章系統(tǒng)的技術(shù)分析 -5-\o"CurrentDocument"2.1課題背景與意義 -5-\o"CurrentDocument"2.2整流和控制方式的選擇 -6-2.2.1PWM整流技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展 -6-2.2.2控制方式的選擇 -7-\o"CurrentDocument"課題的目的和任務(wù) -8-\o"CurrentDocument"第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 -9-\o"CurrentDocument"3.1PWM整流器主電路設(shè)計(jì)方案 -9-3.2PWM整流系統(tǒng)常用控制策略 -10-3.2.1幅值相位控制 -10-3.2.2滯環(huán)電流控制 -11-3.2.3雙閉環(huán)電流解耦控制 -12-3.3PWM整流系統(tǒng)控制方案 -12-第四章硬件電路設(shè)計(jì) -14-4.1電源電路設(shè)計(jì) -14-4.2采樣電路設(shè)計(jì) -16-4.2.1電壓采樣設(shè)計(jì) -16-4.2.2電流采樣設(shè)計(jì) -17-TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) -18-\o"CurrentDocument"IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)要求 -18-\o"CurrentDocument"4.3.2三菱DIP-IPM技術(shù)參數(shù) -19-PS21865引腳介紹 -21-4.3.4驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) -22-\o"CurrentDocument"DSP控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) -22-\o"CurrentDocument"DSP控制系統(tǒng)構(gòu)成 -22-4.4.2DPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程 -23-DSP硬件電路設(shè)計(jì) -23-第五章系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析 -27-5.1三相PWM整流系統(tǒng)仿真波形 -27-5.2仿真總結(jié) -29-結(jié)束語 -31-參考文獻(xiàn) -32-致謝 -34-附錄A -35-附錄B -36-附錄C -37-附錄D -38-第一章直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)概況直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，是一種由風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，亦稱無齒輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用多極發(fā)電機(jī)與風(fēng)輪直接連接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方式，免去了齒輪箱這一傳統(tǒng)部件。由于目前在某些兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中齒輪箱是容易過載和損壞率較高的部件，而無齒輪箱的直驅(qū)方式能有效地減少由于齒輪箱磨損問題而造成的機(jī)組故障，可有效提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和壽命，減少維護(hù)成本，因而得到了市場青睞。此外，直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)主要采用全功率變流技術(shù)，該技術(shù)可使風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的調(diào)速范圍擴(kuò)展到0%?150%的額定轉(zhuǎn)速，提高了風(fēng)能利用范圍。且全功率變流技術(shù)對(duì)低電壓穿越技術(shù)有很好的解決途徑，為直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)一步發(fā)展增加了優(yōu)勢(shì)。對(duì)于直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究，國外從20世紀(jì)90年代就開始了。1992年，德國ENERCON公司開始研制直驅(qū)式勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。1997年,世界風(fēng)力發(fā)電機(jī)市場上出現(xiàn)了該公司開發(fā)的E-33、E-48、E-70等型號(hào)的直驅(qū)式勵(lì)磁變速變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。這些容量330kW?2MW的高產(chǎn)能、運(yùn)行維護(hù)成本低的先進(jìn)機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)逐漸顯露，引起了風(fēng)電場開發(fā)商的青睞。2004年以來，直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的年安裝量逐年增加。目前，德國ENERCON公司研制的直驅(qū)式勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已有多個(gè)品種，最大功率已達(dá)到7MW,該公司生產(chǎn)的直驅(qū)式勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在2009年占據(jù)德國風(fēng)電市場55%以上的份額。荷蘭Largewey風(fēng)電公司現(xiàn)在也開始生產(chǎn)2MW的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，并已經(jīng)進(jìn)入歐洲市場。近來，德國西門子公司開發(fā)了3.6MW直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組樣機(jī)和3MW直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，技術(shù)可利用率達(dá)98%。我國的中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，從100瓦到100千瓦都是直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，2009年中小型直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)量約10萬臺(tái)。到目前為止，中小型直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)累計(jì)生產(chǎn)約60萬臺(tái)，是世界上生產(chǎn)、應(yīng)用最多的國家。在大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開發(fā)領(lǐng)域，我國也擁有世界領(lǐng)先的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造技術(shù)。2009年，我國新增大型并網(wǎng)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量約240萬千瓦，而德國新增直驅(qū)勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量約115萬千瓦。因而，我國是2009年全球安裝大型直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最多的國家?，F(xiàn)今，我國有19家企業(yè)在從事大型并網(wǎng)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研發(fā)生產(chǎn)，也是全球大型并網(wǎng)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)企業(yè)最多的國家。我國在1.5MW直驅(qū)機(jī)組已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，又推出2.5MW直驅(qū)機(jī)組，已經(jīng)完成五臺(tái)樣機(jī)的安裝，目前已進(jìn)行6.0MW直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組研制項(xiàng)目。直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特點(diǎn)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)有以下幾個(gè)方面優(yōu)點(diǎn)：發(fā)電效率高：直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組沒有齒輪箱，減少了傳動(dòng)損耗，提高了發(fā)電效率，尤其是在低風(fēng)速環(huán)境下，效果更加顯著?？煽啃愿撸糊X輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)故障頻率較高的部件，直驅(qū)技術(shù)省去了齒輪箱及其附件，簡化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)組的可靠性。同時(shí)，機(jī)組在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)部件較少，可靠性更高。運(yùn)行及維護(hù)成本低：采用無齒輪直驅(qū)技術(shù)可減少風(fēng)力發(fā)電機(jī)組零部件數(shù)量，避免齒輪箱油的定期更換，降低了運(yùn)行維護(hù)成本。電網(wǎng)接入性能優(yōu)異：直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越使得電網(wǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠在一定電壓跌落的范圍內(nèi)不間斷并網(wǎng)運(yùn)行，從而維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組沒有齒輪箱，低速風(fēng)輪直接與發(fā)電機(jī)相連接，各種有害沖擊載荷也全部由發(fā)電機(jī)系統(tǒng)承受，對(duì)發(fā)電機(jī)要求很高。同時(shí)，為了提高發(fā)電效率，發(fā)電機(jī)的極數(shù)非常大，通常在100極左右，發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜，體積龐大，需要進(jìn)行整機(jī)吊裝維護(hù)，且材料及稀土的使用增加了一些不確定因素。我國直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造概況近年來，我國參與直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組研發(fā)的企業(yè)數(shù)量逐年增加。截至2010年8月底，國內(nèi)直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造商已經(jīng)達(dá)到19家，其中，國有、國有控股公司10家，民營制造企業(yè)5家，合資企業(yè)3家，外商獨(dú)資企業(yè)1家。根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化落實(shí)程度，大致可分為以下四種類型：第一類：產(chǎn)業(yè)化落實(shí)程度很好，已具備大批量生產(chǎn)能力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造企業(yè)。如：新疆金風(fēng)科技股份有限公司、湖南湘電風(fēng)能有限公司；第二類：產(chǎn)業(yè)化落實(shí)程度較好，產(chǎn)品已成功投入運(yùn)行并已小批量生產(chǎn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造企業(yè)，如：內(nèi)蒙古航天萬源風(fēng)機(jī)制造有限公司、東方電氣新能源設(shè)備(杭州)有限公司、濰坊瑞其能電氣有限公司等；第三類：產(chǎn)品樣機(jī)已投入運(yùn)行試驗(yàn)，產(chǎn)業(yè)化工作正在進(jìn)一步落實(shí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造企業(yè)，如：哈爾濱風(fēng)電設(shè)備股份有限公司、上海萬德風(fēng)力發(fā)電股份有限公司、廣西銀河艾萬迪斯風(fēng)力發(fā)電有限公司等企業(yè)；第四類：正在進(jìn)行樣機(jī)研制或試驗(yàn)的企業(yè)，如：江蘇新譽(yù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備有限公司、山東魯科風(fēng)電設(shè)備有限公司等。直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配套部件制造企業(yè)概況隨著國內(nèi)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組市場需求的擴(kuò)大，直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵部件配套生產(chǎn)企業(yè)有了較快的發(fā)展，風(fēng)電設(shè)備制造和配套部件專業(yè)化產(chǎn)業(yè)鏈正逐步形成：發(fā)電機(jī)制造企業(yè)有：永濟(jì)電機(jī)廠有限公司、株洲南車電機(jī)股份有限公司、湘潭電機(jī)有限公司、大連天元電機(jī)公司和金風(fēng)科技等，基本能夠滿足國內(nèi)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組市場需要。生產(chǎn)葉片的企業(yè)在國內(nèi)已有50多家，其中已經(jīng)批量生產(chǎn)的企業(yè)有：中航（保定）惠騰風(fēng)電設(shè)備有限公司、中材科技公司、連云港中復(fù)連眾復(fù)合材料集團(tuán)、北京玻璃鋼研究院和天津LM公司等，其它企業(yè)正在建設(shè)或試制中。目前，國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片基本能夠滿足國內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。目前全功率的變流器主要采用ABB公司和奧地利Windtec等國外公司生產(chǎn)的設(shè)備?，F(xiàn)在國內(nèi)已有金風(fēng)科技、北京科諾偉業(yè)科技有限公司、北京景新電氣公司、株洲時(shí)代集團(tuán)、永濟(jì)電機(jī)廠有限公司和哈爾濱九州電器等企業(yè)在研制生產(chǎn)大型直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的全功率變流器。2010年2月，大全集團(tuán)與海軍工程技術(shù)大學(xué)聯(lián)合組建的“國家能源新能源接入設(shè)備研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心”研發(fā)的2MW級(jí)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電變流器通過鑒定，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，該變流器應(yīng)用在湘電股份有限公司的風(fēng)機(jī)上。國內(nèi)生產(chǎn)變槳和偏航軸承的企業(yè)有：洛陽軸承集團(tuán)技術(shù)中心有限公司、瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司和徐州羅特艾德回轉(zhuǎn)支承有限公司。這些公司也在試制主軸軸承，但沒有經(jīng)過長期運(yùn)行考驗(yàn)。大部分公司還采用國外SKF和FAG的產(chǎn)品，但供貨周期比較長，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)能會(huì)有一定影響。（2） 國內(nèi)并網(wǎng)直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)來源根據(jù)對(duì)國內(nèi)正在制造和生產(chǎn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的調(diào)查分析，其主要技術(shù)來源大致可分為以下四類：第一類：與國外設(shè)計(jì)技術(shù)公司聯(lián)合設(shè)計(jì)，在國內(nèi)進(jìn)行制造和生產(chǎn)，如：金風(fēng)科技與德國Vinces聯(lián)合設(shè)計(jì)的1.5MW直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，現(xiàn)在已在國內(nèi)大批量生產(chǎn)和供貨。還有東方電氣新能源設(shè)備（杭州）有限公司與英國公司聯(lián)合設(shè)計(jì)的1.5MW直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，現(xiàn)在這家公司的產(chǎn)品已經(jīng)有小批量生產(chǎn)；第二類：與國外公司合資，引進(jìn)國外成熟技術(shù)在國內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)。例如湘電風(fēng)能、廣西銀河艾萬迪斯風(fēng)力發(fā)電有限公司，2.5MW風(fēng)機(jī)已在國內(nèi)分別生產(chǎn)出產(chǎn)品樣機(jī)；第三類：采用國內(nèi)大學(xué)和科技公司自主創(chuàng)新、自行開發(fā)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，在國內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。例如上海萬德的1.25MW和1.5MW機(jī)組、江蘇新譽(yù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備有限公司的2MW機(jī)組等都已經(jīng)進(jìn)入樣機(jī)試制或試驗(yàn)階段；第四類：國外的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造公司在國內(nèi)建立獨(dú)資企業(yè)，將其成熟的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，在國內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)。如：荷蘭聯(lián)合能源公司的1.6MW機(jī)組就是采取這種方式進(jìn)行生產(chǎn)的，目前已進(jìn)入試制階段。直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)展前景在直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造應(yīng)用方面，我國新疆金風(fēng)科技有限公司與德國Vensys公司合作研制的1.5MW直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，到2009年底，已有1500多臺(tái)安裝在風(fēng)電場。湘潭電機(jī)公司研制的2MW直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也已經(jīng)在風(fēng)電場批量投入運(yùn)行，其他如：廣西銀河艾邁迪、內(nèi)蒙古航天萬源、東方電氣新能源、濰坊瑞其能、包頭匯全稀土、江西麥德公司和山東魯能等，制造企業(yè)也研制出了直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。2009年，我國新增大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的市場份額已超過17%。顯然，直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的市場份額會(huì)逐年增加，而且會(huì)成為海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的首選機(jī)型之一，2010年，我國直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組新增裝機(jī)容量將占到大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量的25%左右。直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與雙饋式異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將并駕齊驅(qū)中國風(fēng)電場、成為我國風(fēng)電市場上的兩大主流機(jī)型。第二章系統(tǒng)的技術(shù)分析2.1課題背景與意義在傳統(tǒng)的移相式變壓器的使用中，因?yàn)檎餮b置的單相導(dǎo)電作用，會(huì)引起整流變壓器交變磁場波形的畸變；畸變的大小決定于直流容量占電網(wǎng)容量的比例和流入電網(wǎng)中的諧波電流的頻率及諧波次數(shù)。抑制諧波的有效辦法之一是通過對(duì)整流變壓器高壓側(cè)進(jìn)行移相，這種辦法基本上消除幅值較大的低次諧波。傳統(tǒng)的整流器由二極管或晶閘管組成，由于其控制簡單，工作可靠，故作為電力電子設(shè)備與電網(wǎng)的接口在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而這類整流器存在著以下的一些缺點(diǎn)［1-3］。輸入電流諧波含量較高，成為電網(wǎng)主要的諧波污染源；從電網(wǎng)吸收無功功率，輸入功率因數(shù)較低；能量單向傳遞，只能從交流側(cè)傳遞到直流側(cè)；直流側(cè)電壓不可調(diào)。無論是二極管不控整流，還是晶閘管相控整流，其產(chǎn)生的低功率因數(shù)和高諧波含量都將導(dǎo)致電網(wǎng)正弦電壓畸變，增加配電系統(tǒng)導(dǎo)線與變壓器的損耗，增大諧波電流，造成電網(wǎng)上其它用電裝置嚴(yán)重的電磁干擾［4］。同時(shí)，低功率因數(shù)還將降低電源系統(tǒng)的負(fù)載能力和可靠性，因此，消除諧波污染并提高功率因數(shù)，已成為電力電子技術(shù)中的一個(gè)重大課題。對(duì)電網(wǎng)來說，可以在電力系統(tǒng)中加入補(bǔ)償器來補(bǔ)償電網(wǎng)中的諧波，如有源濾波(APF:AcTIvePowerFilter)，靜止無功補(bǔ)償(SVC:StaTIcVarCompensator)等，也可以設(shè)計(jì)輸入電流為正弦、諧波含量低、功率因數(shù)高的整流器。前者是產(chǎn)生諧波后進(jìn)行補(bǔ)償，是一種事后補(bǔ)救的措施；而后者是消除了諧波源，是一種從根本上解決諧波問題的措施。PWM整流器對(duì)電網(wǎng)不產(chǎn)生諧波污染，是一種真正意義上的綠色環(huán)保電力電子裝置。PWM整流器的主要特點(diǎn)有：輸入電流高度正弦化，諧波含量少；網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)控制(如單位功率因數(shù)控制)；電能的雙向傳輸；較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；因此研制高性能的PWM整流裝置具有重要的意義。在中大功率場合特別是需要能量雙向傳遞的場合中，PWM整流電路具有非常廣泛的應(yīng)用前景。整流和控制方式的選擇2.2.1PWM整流技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展由于PWM整流器網(wǎng)側(cè)電流正弦化且運(yùn)行于單位功率因數(shù)狀態(tài)，能量可雙向傳輸，真正實(shí)現(xiàn)了“綠色電能變換”，因而近年來受到廣泛的關(guān)注和研究，經(jīng)過多年的發(fā)展，PWM整流器主電路已從早期的半控橋發(fā)展到如今的全控橋；在主電路類型上既有電壓型整流器(VoltageSourceRecTIfier-VSR)，又有電流型整流器(CurrentSourceRecTIfier-CSR)。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也已從單相、三相電路發(fā)展到多組級(jí)聯(lián)或多電平拓?fù)潆娐?，PWM控制也由單純的硬開關(guān)調(diào)制發(fā)展到軟開關(guān)調(diào)制。由于PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)出受控電流源特性，這一特性使PWM整流器控制技術(shù)及其應(yīng)用獲得進(jìn)一步的發(fā)展和拓寬，滲透到了其它眾多領(lǐng)域，如靜止無功補(bǔ)償(SVG)、有源電力濾波(APF)、統(tǒng)一潮流控制(UPFC),超導(dǎo)儲(chǔ)能(SMES),高壓直流輸電(HVDC)、電氣傳動(dòng)(ED)、新型UPS以及太陽能、風(fēng)能等可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電等。在中大功率場合特別是需要能量雙向傳遞的場合中，PWM整流電路具有非常廣泛的應(yīng)用前景。IGBT等新型電力半導(dǎo)體開關(guān)器件的出現(xiàn)和PWM控制技術(shù)的發(fā)展，極大地促進(jìn)了PWM整流電路的發(fā)展，并使之進(jìn)入了實(shí)用化階段，目前已將其廣泛應(yīng)用于有源濾波器［5］、超導(dǎo)儲(chǔ)能［6］、交流傳動(dòng)［7］、以及高壓直流輸電［8、9］等方面。在我國，很多研究人員也展開了對(duì)PWM整流電路的研究，像電壓型PWM整流器控制策略的研究［10-14］，整流器主電路拓?fù)涞难芯浚?5-18］，電流型整流器控制策略的研究［19］，但是主要以理論研究和實(shí)驗(yàn)室研究為主，雖然取得了一定進(jìn)展，但是仍然不夠完善，與產(chǎn)業(yè)化還有較大的距離。從20世紀(jì)80年代末開始，國內(nèi)外對(duì)PWM整流器的研究主要集中在數(shù)學(xué)模型、控制策略、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、性能優(yōu)化等方面，目前的研究重點(diǎn)主要集中在無電流傳感器控制，非線性控制等控制策略，以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改進(jìn)方面。PWM按輸出濾波方式分為：電流型和電壓型電流型PWM整流器輸出端采用串聯(lián)濾波電感以維持輸出電流低紋波，具有近似電流源的特性。電流型PWM整流器又稱為Buck型整流器，如圖2.1交流側(cè)由L、C組成二階低通濾波器，以濾除交流側(cè)電流中的開關(guān)諧波；直流側(cè)接大電感，使直流側(cè)電流近似為平滑的直流。開關(guān)器件由可控器件與二極管串聯(lián)組成擴(kuò)以提高器件的反向阻斷能力。與電壓型PWM整流器相似，電流型PWM整流器具有四象限運(yùn)行的能力。

不足之處：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)所致的電流畸變、振蕩等問題，使其電路結(jié)構(gòu)和控制相對(duì)復(fù)雜，從而制約了電流型電路的應(yīng)用和研究。圖2.1電流型PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電壓型PWM整流器是以輸出端并聯(lián)濾波電容以維持輸出電壓低紋波，具有近似電壓源的特性。由于其電路結(jié)構(gòu)簡單，便于控制，響應(yīng)速度快，目前研究及實(shí)際應(yīng)用較多的是電壓型電路，也是本文所選用的方案。圖2.2電壓型PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.2.2控制方式的選擇PWM整流器是應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)發(fā)展起來的一種新型電源變流器。其基本原理是通過控制功率開關(guān)管的通斷狀態(tài)，使整流器輸入電流接近正弦波，并且電流和電壓同相位，從而消除大部分電流諧波并使功率因數(shù)接近于1。本文采用TI公司的TMS320LF2812DSP對(duì)整流器實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制,這一方法相對(duì)于模擬控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：控制靈活在數(shù)字控制系統(tǒng)中，主要利用軟件算法實(shí)現(xiàn)控制方案，相比于模擬控制較靈活；可靠性高微機(jī)系統(tǒng)由于采用元器件較少，信號(hào)全部采用數(shù)字處理，故受干擾小，可靠性高；故障分析容易信號(hào)檢測(cè)將取得的信息寄存，具備記憶的能力，故容易實(shí)現(xiàn)故障診斷；參數(shù)設(shè)定簡便可以使系統(tǒng)的調(diào)試工作變得很方便。電壓定向矢量控制策略需要旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，還包括3個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)器，需要大量的計(jì)算，而DSP芯片TMS320F2812是具有包括A/D轉(zhuǎn)換、PWM輸出等豐富外設(shè)的高速數(shù)字處理芯片，主頻可達(dá)150MHz,可以很好地滿足大計(jì)算量，高實(shí)時(shí)性要求的控制系統(tǒng)?；谝陨峡紤]，本文采用了以DSP為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整流器的控制。課題的目的和任務(wù)本系統(tǒng)工作的外部環(huán)境不是一個(gè)穩(wěn)定不變的環(huán)境，風(fēng)力發(fā)電依靠風(fēng)力，而風(fēng)力是不斷變化的。所以要求本系統(tǒng)具有良好的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。在理想狀態(tài)下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電壓為28V/3相，發(fā)電機(jī)總的輸出功率為300W，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率為50HZ，發(fā)電機(jī)輸出接入整流器。經(jīng)過由DSP控制的IGBT模塊變換，整流器輸出直流電壓，額定值為24V,直流電壓穩(wěn)定度要求在1%以下。本系統(tǒng)涉及的部分很廣，從發(fā)電機(jī)到電網(wǎng)要經(jīng)過整流和逆變兩大部分。整流和逆變部分都有獨(dú)立的進(jìn)行DSP控制，而兩個(gè)DSP又由一塊單片機(jī)控制，單片機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)整流和逆變兩部分工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。上文提到工作狀態(tài)的不穩(wěn)定性，所以系統(tǒng)必須工作在兩個(gè)不同的穩(wěn)態(tài)。在風(fēng)速大于發(fā)出額定電壓時(shí)需要的風(fēng)速時(shí),整流器正常運(yùn)行起整流作用，通過DSP對(duì)IGBT的控制，根據(jù)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)調(diào)整，保持輸出為28V。在風(fēng)速不足的情況下，為了保證電網(wǎng)工作的穩(wěn)定，需要從電網(wǎng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)供電。具體工作如下：對(duì)主電路模塊、三相交流側(cè)輸入電感、直流側(cè)電容進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，選定實(shí)驗(yàn)所使用的器件；以TMS320LF2812DSP為內(nèi)核，設(shè)計(jì)控制電路，包括電壓和電流采樣電路，DSP內(nèi)核的控制電路，用選定的IGBT，電容，電感完成主電路，搭建三相兩電平PWM整流器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)電阻負(fù)載進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并進(jìn)行負(fù)載突變的實(shí)驗(yàn)研究：完成上述PWM整流器樣機(jī)的測(cè)試和試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。本課題研究內(nèi)容是基于DSP控制的PWM整流系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。采用全數(shù)字的方法，使用高性能的DSP芯片，使系統(tǒng)在具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)控制性能的同時(shí)，還能擁有系統(tǒng)體積小，抗干擾能力強(qiáng)，集成度高等優(yōu)點(diǎn)。第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3?1PWM整流器主電路設(shè)計(jì)方案圖3.1PWM整流器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。整個(gè)系統(tǒng)由主電路、控制電路以及信號(hào)采集電路3個(gè)子系統(tǒng)組成。主電路包括濾波電感，功率開關(guān)器件和直流濾波電容，主要完成功率的變換，實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)；控制電路采用以DSP為核心的數(shù)字化設(shè)計(jì)，這大大簡化了硬件電路的設(shè)計(jì)，其主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)矢量控制算法并保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，從而使網(wǎng)側(cè)電流實(shí)現(xiàn)正弦化并與電網(wǎng)電壓同相；信號(hào)采集電路子系統(tǒng)包括網(wǎng)側(cè)電壓、電流的檢測(cè)以及直流電壓的檢測(cè)，將強(qiáng)電信號(hào)轉(zhuǎn)化為0-3.3v的和DSP芯片電平兼容的模擬信號(hào)。主電路中的功率開關(guān)器件采用三菱公司的智能功率模塊(DIP-IPM)PS21865。這種IPM把功率開關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路集成在一起并優(yōu)化了門極驅(qū)動(dòng)電路，從而無需設(shè)計(jì)復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路，DSP輸出信號(hào)通過簡單的電平轉(zhuǎn)換電路即可驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件。此外，IPM還集成了控制電源欠壓、過電流和過熱等故障檢測(cè)電路。IPM可能工作于三種狀態(tài)：正常驅(qū)動(dòng)、短路保護(hù)和控制電源欠壓保護(hù)。如果IPM中有一種保護(hù)電路動(dòng)作，相應(yīng)IGBT單元的輸入信號(hào)將被圭寸鎖并輸出一個(gè)故障信號(hào)Fo。因而即使發(fā)生負(fù)載事故或使用不當(dāng)，也可以保證IPM自身不受損壞。3?2PWM整流系統(tǒng)常用控制策略目前，PWM整流器有許多種控制方法，并且還在不斷發(fā)展。就電壓型PWM整流器的控制方式而言，主要分為間接電流控制和直接電流控制。間接電流控制又稱為幅值和相位控制，是指通過控制整流器輸入端電壓，使其與電源電壓保持一定的幅值相位關(guān)系，從而控制交流側(cè)輸入電流呈正弦波形，使裝置運(yùn)行在單位功率因數(shù)狀態(tài)。直接電流控制通常在控制系統(tǒng)中引入實(shí)際的交流輸入電流的反饋信號(hào)，將其與給定信號(hào)比較，通過對(duì)其誤差的調(diào)節(jié)，來控制器件的通斷，使得在一定誤差范圍內(nèi)，保證實(shí)際電流與給定信號(hào)的一致，形成電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。直接電流控制具有比間接電流控制更好的控制性能，因此在實(shí)際中得到了廣泛應(yīng)用，其主要分為滯環(huán)電流控制、預(yù)測(cè)電流控制、定頻PWM控制等。下面分別對(duì)幅值相位控制、滯環(huán)電流控制和雙閉環(huán)電流解耦控制進(jìn)行闡述。幅值相位控制幅值相位控制屬于間接電流控制方案，由控制調(diào)制電壓的幅值u，和控制調(diào)制電壓m與電源電壓的相位差0來達(dá)到控制輸出直流電壓和調(diào)節(jié)功率因數(shù)的目的［20］。設(shè)電源電壓為:TOC\o"1-5"\h\zu=p'2vsin［rnt-(i-1)2兀］，i=1,2,3 (3.1)s rms 3交流調(diào)制電壓的基波為:u sin［rnt-6-(i-1)2兀］ (3.2)m mod 3其中，V為電源電壓的有效值，Vd為調(diào)制電壓的有效值。若滿足單位功率因數(shù)rms mod關(guān)系，則有圖3.2所示的矢量圖?？傻檬噶糠匠蹋篤二V—Ir—j?LI (3.3)圖3.2相位幅值控制矢量圖將調(diào)制電壓vm沿橫軸和縱軸進(jìn)行投影，則有：VC0S6二V—Ir (3.4)ms

Vsin0=?LI （3.5）m由以上兩式，可以得到電源電壓與調(diào)制電壓的相位差角:3.6)3.7)3.83.6)3.7)3.8)0=arctanV-IrsV-V-Ir―s cos0設(shè)調(diào)制比為2②m= mV

dc因此，只要測(cè)得電源電壓的有效值、直流側(cè)電壓，與直流參考電壓Vref比較得出負(fù)ref載電流的變化量I=K（V-Vd）,則可以計(jì)算出e和V二從而確定調(diào)制比m,控制PWMrefdc m調(diào)制波的輸出。產(chǎn)生PWM調(diào)制波的基本原則是將正弦波與三角波比較來確定脈寬，若定義三角載波為單位幅值，則正弦調(diào)制波為U=mcos@t-0），通過調(diào)整占空比的大小和網(wǎng)側(cè)電壓m與調(diào)制電壓之間的相位差e可以使網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為1，而且還可以使e超前和滯后，從而達(dá)到調(diào)節(jié)功率因數(shù)的目的。相位幅值控制的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可以省去昂貴的電流傳感器，但是系統(tǒng)的響應(yīng)速度以及控制精度都會(huì)有所降低。滯環(huán)電流控制A.W.Green和J.T.Boys在1989年提出了基于滯環(huán)電流控制的PWM高頻整流器匚心］。滯環(huán)電流控制是通過反饋電流if，與給定電流I進(jìn)行滯環(huán)比較，將兩者的偏差限制在設(shè)fr定的范圍內(nèi)，當(dāng)反饋電流fvir-i/2（ih為滯環(huán)寬度）時(shí)，調(diào)制電路的輸出使系統(tǒng)輸入側(cè)電流心增大:當(dāng)i>i+ih/2時(shí)，調(diào)制電路的輸出使系統(tǒng)輸入側(cè)電流i減小。這樣不斷進(jìn)行滯frh r環(huán)比較調(diào)節(jié)，使i始終跟蹤給定電流i，圍繞給定電流波形作鋸齒狀變化，并將誤差限sr制在滯環(huán)寬度范圍內(nèi)。若給定電流波形為正弦，滯環(huán)寬度ih恒定，則i的波形就會(huì)接近hs于正弦。滯環(huán)電流控制響應(yīng)快，可靠性好，易于硬件實(shí)現(xiàn)，特別適合于高性能的矢量控制系統(tǒng)。同時(shí)它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為1，具有交流側(cè)輸入電流波形接近正弦波及可以實(shí)現(xiàn)能量回饋等優(yōu)良特性。3.2.3雙閉環(huán)電流解耦控制電流雙閉環(huán)控制的特點(diǎn)是引入電流內(nèi)環(huán)，并采用前饋解耦的方式消除dq軸電流的耦合關(guān)系。電流內(nèi)環(huán)的引入使得系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整性能較好，電流跟蹤速度較快。對(duì)該控制方法的算法和控制結(jié)構(gòu)。在比較三種結(jié)構(gòu)的性能后，得出以下結(jié)論：幅相控制策略動(dòng)態(tài)性能不好，電流調(diào)整能力不強(qiáng)，計(jì)算模塊依賴參數(shù)精確性，穩(wěn)態(tài)性能有偏差；滯環(huán)電流控制策略性能最優(yōu)異，其穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能都很好，但固定的滯環(huán)寬度會(huì)導(dǎo)致開關(guān)頻率波動(dòng)，滯環(huán)寬度越小，最大開關(guān)頻率越高；雙閉環(huán)電流解耦控制結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)性能很好，動(dòng)態(tài)性能也較好，但實(shí)現(xiàn)上計(jì)算較為復(fù)雜。通過以上分析，本文選取了雙閉環(huán)電流解耦控制，并最終在仿真中得以實(shí)現(xiàn)，而其他的控制策略，如直接功率控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、時(shí)間最優(yōu)快速控制、非線性控制，從文獻(xiàn)看，能夠進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能。但限于本科階段的時(shí)間和個(gè)人能力，這些控制策略本人尚未深入研究，故不再詳述。3?3PWM整流系統(tǒng)控制方案控制電路以TMS320F2812為核心，主要包括DSP芯片、顯示電路以及模擬信號(hào)電平轉(zhuǎn)換電路。TMS320F2812是TI公司為電機(jī)控制量身定制的32位定點(diǎn)DSP。該芯片的顯著特點(diǎn)是具有兩個(gè)適合電機(jī)控制的事件管理器，每個(gè)事件管理器均有2個(gè)通用定時(shí)器，6路具有死區(qū)功能的PWM輸出，1個(gè)SVPWM硬件發(fā)生單元。與TI的另一款電機(jī)控制芯片TMS320F2407A相比，其主頻更高，可達(dá)150MHz，因而更能夠滿足實(shí)時(shí)性要求。圖3.3是電壓定向矢量控制軟件程序流程圖，所有算法均在DSP中由軟件完成，主要包括電壓、電流A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)字濾波算法，電壓定向角的計(jì)算，直流電壓的采集及閉環(huán)調(diào)節(jié)，電流旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換以及相應(yīng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)以及SVPWM算法等。基于電壓定向矢量控制的PWM整流器具有輸入電流正弦性好，系統(tǒng)以單位功率因數(shù)運(yùn)行，能量自由雙向傳遞，動(dòng)靜態(tài)控制性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，本文介紹了基于DSP芯片TMS320F2812的PWM整流器矢量控制系統(tǒng)，給出了具體的軟硬件設(shè)計(jì)方法?；贒SP的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案能夠極大的減少設(shè)計(jì)工作量，并具有體積小，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。圖3.3PWM整流器的控制策略軟件流程圖第四章硬件電路設(shè)計(jì)三相PWM整流器硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括主電路的設(shè)計(jì)和控制電路的設(shè)計(jì)。整體電路設(shè)計(jì)圖如附錄A所示，PCB板圖見附錄B,主電路包括電源部分，交流側(cè)電感和直流側(cè)電容，控制電路包括交流側(cè)電壓，交流側(cè)電流采樣電路，以及直流側(cè)電壓的采樣電路。還包括以TI公司的TMS320F2812DSP為核心的控制電路，開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路，以及與單片機(jī)的通訊電路。4.1電源電路設(shè)計(jì)電源電路由整流橋、電源變壓器、濾波電路、和穩(wěn)壓電路四部分組成。如下圖4.1所示。圖4.1電源電路框圖整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓變成脈動(dòng)電壓。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動(dòng)電壓中的大部分紋波加以濾除，已得到叫平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓受負(fù)載、輸入電壓和溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)定電路，從而得到穩(wěn)定的電壓。集成三端穩(wěn)壓芯片LM78XX具有較搞的精確度，加上電容濾波，對(duì)電路可以提供比較穩(wěn)定的穩(wěn)定電壓。

DIC4C61000uF104+15VD4I1N40071N4007U1U3LM7815VDnNGVoutC11470uFC8104lM7805VoutC13C15R61k470uF1042-1—RBV600C51000uFC7104dvG voutU2LM7915C12470uFC9104C14C10dVGVOUt470uF104U4DIC4C61000uF104+15VD4I1N40071N4007U1U3LM7815VDnNGVoutC11470uFC8104lM7805VoutC13C15R61k470uF1042-1—RBV600C51000uFC7104dvG voutU2LM7915C12470uFC9104C14C10dVGVOUt470uF104U4LM7905D5-5V圖4.27電源部分電路原理圖1N4007計(jì)算濾波所需的電容值，可采用以下公式C=Vm由此可得：C=1000uF (4.1)2fRVrVm為濾波之后的最大電壓，Vr為濾波之后的波紋電壓，即最大電壓與最小電壓的mr差值R為負(fù)載電阻，f為工頻50Hz。全波整流之后的電壓平均值為前面變壓器副邊電壓有效值的1.35倍，濾波之后的電壓平均值為全波整流電壓平均值的1.2倍。還要在濾波電容兩端并聯(lián)一電源指示電路，即一個(gè)電阻串聯(lián)一個(gè)發(fā)光二極管[6]。電路調(diào)試時(shí)，如果發(fā)光二極管亮，則說明濾波之前的電路無故障，否則可判斷出前面電路有問題。計(jì)算與發(fā)光二極管串聯(lián)的電阻值。發(fā)光二極管要想點(diǎn)亮都有一個(gè)最小電流，一般為幾mA,這里取6mA。發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)兩端的管壓降在2V左右。而濾波之后的電壓為：7=1.35X1.2X5-87 (4.2)電阻就等于兩端的電壓除以流過它的電流，即：8一2R= =1k0 (4.3)6穩(wěn)壓電路的核心器件是LM78XX,如在實(shí)際應(yīng)用中要注意加裝散熱片。了保護(hù)集成器件在接反的狀態(tài)下不被燒毀，在輸入、輸出端之間以及輸出與調(diào)節(jié)端之間分別接反向保護(hù)二極管1N4007。此處所用整流橋以及后面提到的整流橋均為RBV600型號(hào)。RBV600型整流橋可以適用于50V以下的情況，輸入輸出最高可達(dá)6A,特點(diǎn)是具有高電流通過能力，抗高浪涌電流能力以及低反向電流和低正向壓降，電介質(zhì)強(qiáng)度達(dá)到2000V,而且具有非常好的散熱性，是一款非?？煽康恼鳂?。

4.2采樣電路設(shè)計(jì)由于TMS320F2812的AD為單極性，只能識(shí)別0-3.3V的信號(hào)量，而電網(wǎng)電壓和交流側(cè)電流都為雙極性的信號(hào)量，因此必須對(duì)從電壓、電流霍爾傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以滿足DSP對(duì)輸入信號(hào)的要求，同時(shí)還能滿足控制系統(tǒng)對(duì)交流信號(hào)的識(shí)別。下面就對(duì)各信號(hào)的轉(zhuǎn)換和采集電路進(jìn)行介紹。4.2.1電壓采樣設(shè)計(jì)電壓采樣原件選用電壓互感器LCTV31CE，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的三相電上任取一相與零線測(cè)量電壓。此電壓互感器具有以下特性：特點(diǎn)：體積小，精度高；印刷線路板直接焊接安裝，使用方便，外形美觀。全封閉，機(jī)械和耐環(huán)境性能好，電壓隔離能力強(qiáng)，安全可靠。使用環(huán)境條件：環(huán)境溫度：-40°C?+85°C；相對(duì)濕度：溫度為40C時(shí)不大于90%。工作頻率范圍：20Hz?20KHz。絕緣耐熱等級(jí)：B級(jí)(130C)。安全特性：絕緣電阻：常態(tài)時(shí)大于1000MQ；抗電強(qiáng)度：可承受工頻2000V/1分鐘；阻燃性：符合UL94-VO級(jí)。LCTV31CE電壓互感器輸入電壓可達(dá)1000Vac,輸出電壓小于0.5Vac，耐壓為2000V。由于TMS320F2812的AD為單極性，所以需要在輸出型號(hào)后接整流橋?qū)⒔涣餍吞?hào)轉(zhuǎn)為直流，使DSP的AD部分可以識(shí)別。整流橋型號(hào)為上文所述的RBV600。直流端的電壓采樣可以采用電阻分壓的方式輸出電壓信號(hào)。計(jì)算Vt輸出可以用下列公式outVoutRbinVoutRbinRa+Rb4.4)由于Vi在24V左右，所以按公式計(jì)算Vt在3.3V以下，符合DSPA/D部分的輸in out入信號(hào)要求。電流采樣設(shè)計(jì)電流采樣原件選用電流互感器LCTA21CE,在由風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的三相電通過電感后任選一相與零線測(cè)量電流。此電流互感器具有以下特性：(1)特點(diǎn)：立式穿芯印刷線路板直接焊接安裝、外形美觀；體積小，精度高；全封閉，機(jī)械和耐環(huán)境性能好，電壓隔離能力強(qiáng)，安全可靠。使用環(huán)境條件：環(huán)境溫度：-40°C?+85°C；相對(duì)濕度：溫度為40C時(shí)不大于90%。工作頻率范圍：20Hz?20KHz。絕緣耐熱等級(jí)：B級(jí)(130C)。安全特性：絕緣電阻：常態(tài)時(shí)大于1000MQ；抗電強(qiáng)度：可承受工頻6000V/1分鐘；阻燃性：符合UL94-Vo級(jí)。LCTA21CE電流互感器輸入可為1-50A，輸出可在1-50mA調(diào)節(jié)，如圖4.4所示' 1_信號(hào)輸出端電流互感器輸出端R1圖4.4LCTA21CE使用原理圖此處采樣電阻R1選用40Q，此時(shí)輸入電流額定為5A,輸出電流額定為2.5mA,額定采樣點(diǎn)呀為0.1V，符合DSPA/D部分的輸入要求。4.3IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)部分是最重要的部分，驅(qū)動(dòng)電路的好壞直接關(guān)系到輸出電流的質(zhì)量，以及轉(zhuǎn)換的速度。所以不光需要能驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件，還要有電源欠壓保護(hù)，過電流保護(hù)和過熱保護(hù)等措施保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。本文中選取的開關(guān)器件為IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor),絕緣柵雙極型晶體管)。4.3.1IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)選用IGBT模塊來搭建整流電路和逆變電路。對(duì)IGBT模塊的選擇應(yīng)考慮如下四個(gè)方面:額定電壓Uce的選擇ce考慮電網(wǎng)電壓瞬態(tài)尖峰、電壓波動(dòng)、開關(guān)電流引起電壓尖峰等，通常，如果穩(wěn)態(tài)時(shí)，外加最高電壓為V，則可選的耐壓值U=2V；mcem額定電流I的選擇ce對(duì)于額定電流I的選擇，要根據(jù)實(shí)際電路中最大額定電流I、負(fù)載的類型、允許過cee載的程度等因數(shù)。一般的電阻性負(fù)載的電壓變換裝置中，若實(shí)際電路中電流最大有效值為I,則要選I=1.51。在任何情況下，通過集電極的最大電流必須處在安全工作區(qū)的cs規(guī)定范圍內(nèi)；散熱條件在良好的冷卻條件下，可選用額定值較小的IGBT模塊；(4)實(shí)際條件根據(jù)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品樣本規(guī)格，以及PWM整流器所處的工作環(huán)境，選擇合適的器件。IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路在它的應(yīng)用中有著特別重要的作用，IGBT應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一就是柵極驅(qū)動(dòng)電路的合理設(shè)計(jì)。IGBT對(duì)驅(qū)動(dòng)電路有許多特殊的要求，概括起來主要有:柵極驅(qū)動(dòng)電壓脈沖的上升率和下降率要充分大，使IGBT能快速開通和關(guān)斷，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗。在IGBT導(dǎo)通后，柵極驅(qū)動(dòng)電路提供給IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓和電流要具有足夠的幅值。該幅值應(yīng)能維持IGBT的功率輸出級(jí)總是處于飽和狀態(tài)，當(dāng)IGBT瞬時(shí)過載時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)功率要足以保證IGBT不退出飽和，避免損壞。柵極驅(qū)動(dòng)提供給IGBT的正向驅(qū)動(dòng)電壓+UGS增加時(shí)，IGBT輸出級(jí)晶體管的導(dǎo)通壓降UDS和開通損耗值將下降。擔(dān)負(fù)載短路過程中，IGBT的集電極電流也會(huì)隨+UGS的增加而增加，并使IGBT承受短路損壞的脈寬變窄因此，IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)該選取其所需要的最小值。⑷IGBT在關(guān)斷過程中，反向負(fù)偏壓-UGS有利于IGBT的快速關(guān)斷，但是，其電壓值過大會(huì)造成IGBT的反向擊穿。所以-UGS也要合理取值(此值一般為.-2?-15V)。雖然IGBT的快速開通和關(guān)斷，有利于縮短開關(guān)時(shí)間和減小關(guān)斷損耗，但在過流和短路保護(hù)時(shí)，過快的關(guān)斷反而很危險(xiǎn)。因?yàn)檫^快的關(guān)斷會(huì)由于di/dt過高，在主電路電感中引起很高的反電勢(shì)Ld/dt使IGBT集電極產(chǎn)生尖峰電壓足以損壞IGBT.但是1GBT的開關(guān)時(shí)間也不宜過短，其值要根據(jù)電路中所有元件耐受du/dt的能力及IGBT自身的du/dt吸收電路性能綜合考慮。另應(yīng)說明，由于IGBT逆變器多為帶有續(xù)流二極管的電壓逆變器，所以電感通過續(xù)流二極管續(xù)流，不會(huì)引起IGBT承受過高的Ldi/dt的問題。IGBT在電力電子設(shè)備中多應(yīng)用于高壓場合，所以驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)與整個(gè)控制電路在電位上嚴(yán)格隔離。柵極驅(qū)動(dòng)電路及IGBT之間的配線，由于柵極信號(hào)的高頻變化，為防止造成同一個(gè)系統(tǒng)多個(gè)IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路捆扎在一起很容易引起互相干擾，引線應(yīng)采用絞線或同軸電纜屏蔽線，同時(shí)柵極驅(qū)動(dòng)電路中IGBT模塊的柵-射級(jí)引線應(yīng)盡可能短?？紤]到上述要求，本文決定使用模塊化IGBT，本系統(tǒng)選用三菱公司生產(chǎn)的PS21865型DIP-IPM。4.3.2三菱DIP-IPM技術(shù)參數(shù)功能概要：PS21865DIP-IPM采用傳遞型封裝結(jié)構(gòu)將功率電路和驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路集成于一體的小型智能功率模塊。產(chǎn)品特點(diǎn)：3相AC變頻輸出電路搭載三菱第5代平面型IGBT和CSTBT(CarrierStoredTrench-gateBipolarTransistor：具有載流子蓄積層的溝槽型門極構(gòu)造雙極晶體管)功率芯片，實(shí)現(xiàn)更低損耗。5A?30A品搭載平面型IGBT，50A品搭載CSTBT功率芯片。采用自舉電路結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)單電源驅(qū)動(dòng)。(需要自舉電容，二極管等外部附加部品)⑷內(nèi)置有IGBT驅(qū)動(dòng)電路，過載保護(hù)，控制電源欠壓保護(hù)功能。P狽9：UV(控制電源欠壓保護(hù))一不輸出故障信號(hào)FoN側(cè)：UV/SC(過載保護(hù))一輸出故障信號(hào)Fo(過載保護(hù)功能需要外部配置母線電流檢測(cè)用旁路電阻。)(5)內(nèi)置專用HVIC(HighVoltageIC:600V)，無需絕緣電路(如光耦)，可從單片機(jī)直接接收控制信號(hào)。

(6)輸入接口電路采用高電平驅(qū)動(dòng)邏輯，消除了舊產(chǎn)品低電平驅(qū)動(dòng)方式對(duì)電源投入和切斷時(shí)的時(shí)序要求。增強(qiáng)了模塊自保護(hù)能力。而且，可直接由DSP或3V級(jí)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)。beuelShiftsignalCobdlttoilipitsgialCobdlttobhgFaiItLoqlcfiPIDtiCtl@kcicirtbeuelShiftsignalCobdlttoilipitsgialCobdlttobhgFaiItLoqlcfiPIDtiCtl@kcicirt圖4.5PS21865DIP-IPM內(nèi)部框圖總電路原理圖見附錄A三菱PS21865DIP-IPM各項(xiàng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，性能穩(wěn)定，使用方便，又可起到保護(hù)電路的作用。所以本系統(tǒng)選用此元件作為驅(qū)動(dòng)電路及其IGBT模塊。PS21865DIP-IPM內(nèi)部框圖如4.5。

PS21865引腳介紹表4?1PS21865引腳功能表項(xiàng)目引腳標(biāo)號(hào)說明P側(cè)驅(qū)動(dòng)電源端子P側(cè)驅(qū)動(dòng)電源GND端子-VUFBUFS-VVFBVFS-VWFBWFS左側(cè)為P側(cè)各IGBT單元的驅(qū)動(dòng)電源端子右側(cè)為P側(cè)各IGBT單元的驅(qū)動(dòng)GND端子P側(cè)控制電源端子N側(cè)控制電源端子VP1VN1此為給模塊內(nèi)部IC（LVIC&HVIC）供電的控制電源端子。應(yīng)在模塊外部將VP1和VN1連接起來。GND端子VNC此為模塊內(nèi)部IC的控制基準(zhǔn)地。（LVIC&HVIC）為防止干擾，應(yīng)避免主電路線電流流過此端子。控制信號(hào)輸入端子Up，VP，WpUN,VN，WN此為控制開關(guān)運(yùn)行的信號(hào)輸入端子。輸入信號(hào)為電壓型。這些端子在模塊內(nèi)部與 5VCMOS施密特觸發(fā)電路相連。各信號(hào)線可直接與DSP輸出口連接.為了減少外界干擾對(duì)輸入信號(hào)的影響，各輸入端子引線應(yīng)盡可能短（＜2cm）。短路動(dòng)作電壓檢測(cè)端子CIN電流檢測(cè)電阻應(yīng)加在此端與VNC之間，用來判斷短路保護(hù)的狀態(tài)（短路保護(hù)電壓動(dòng)作閾值）。此端的輸入阻抗約為600kQo故障信號(hào)輸出端子Fo此端子用來輸出故障信號(hào)，其信號(hào)為低電平有效，即當(dāng)輸出低電平時(shí)，表示模塊處于故障狀態(tài)（下臂發(fā)生短路保護(hù)或欠壓保護(hù)）。故障信號(hào)輸出脈寬設(shè)定端子CFO此端是用來設(shè)定故障輸出信號(hào)脈沖寬度。故障輸出脈寬通過在此端與VNC之間外加一個(gè)電容來設(shè)定。逆變直流電源正端子P此為整流器輸出直流母線的正電源端。在模塊內(nèi)部，此端與上臂IGBT的集電極相連。逆變直流GND端子N此為整流器直流母線的負(fù)電源端（主電路地）。在模塊內(nèi)部，此端與下臂IGBT的發(fā)射極相連。逆變器功率輸出端子U，V，W這些端子為整流器輸入端，用于連接三相電電源。在模塊內(nèi)部，這些端子與相應(yīng)的IGBT橋臂的中點(diǎn)相連。

三菱PS21865DIP-IPM共有26個(gè)引腳，為不對(duì)稱設(shè)計(jì)，左側(cè)有21個(gè)引腳，右側(cè)有5個(gè)引腳，左側(cè)多為信號(hào)輸入或輸出，右側(cè)引腳負(fù)責(zé)三相電的輸入和直流電的輸出。此設(shè)計(jì)可以有效防止信號(hào)與電源間的干擾。4.3.4驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)如圖4.5所示。其中q、VP、W、UN、VN、WN的信號(hào)來源為DSP的PWM輸出部分，由PPpNNN于DSP的PWM部分直接輸出的電流較小所以需要中間加入驅(qū)動(dòng)電路，上拉電壓為5V。電路圖如下：1kN1kN；Q7 丄<8550R21kM0-M5為輸出部分號(hào)由DSP2812上的M0-M5為輸出部分號(hào)由DSP2812上的PWM7-PWM12引腳輸出。圖4.6驅(qū)動(dòng)部分電路原理圖輸出到DIP-IPM的UP、VP、Wp、UN、VN、WN引腳，PWM信4.4DSP控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.4.1DSP控制系統(tǒng)構(gòu)成圖4.7所示為一個(gè)典型的DSP系統(tǒng)。圖4.7典型DSP系統(tǒng)框圖輸入信號(hào)首先進(jìn)行帶限濾波和抽樣，然后進(jìn)行A/D(AnalogtoDigital)變換將信號(hào)變換成數(shù)字比特流。根據(jù)奈奎斯特抽樣定理，為保證信息不丟失，抽樣頻率至少必須是輸入帶限信號(hào)最高頻率的2倍。DSP芯片的輸入是A/D變換后得到的以抽樣形式表示的數(shù)字信號(hào)，DSP芯片對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行某種形式的處理，如進(jìn)行一系列的乘累加操作(MAC)。數(shù)字處理是DSP的關(guān)鍵，這與其他系統(tǒng)(如電話交換系統(tǒng))有很大的不同，在交換系統(tǒng)中，處理器的作用是進(jìn)行路由選擇，它并不對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。因此雖然兩者都是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，但兩者的實(shí)時(shí)約束條件卻有很大的不同。最后，經(jīng)過處理后的數(shù)字樣值再經(jīng)D/A(DigitaltoAnalog)變換轉(zhuǎn)換為模擬樣值，之后再進(jìn)行內(nèi)插和平滑濾波就可得到連續(xù)的模擬波形。4.4.2DPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程總的來說，圖4.8所示是DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般過程。圖4.8DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程4.4.3DSP硬件電路設(shè)計(jì)(1)電源和復(fù)位電路設(shè)計(jì)

電路圖如下：電源直流5V電源接入，經(jīng)總開關(guān)進(jìn)入穩(wěn)壓IC,分別轉(zhuǎn)換為3.3V和1.8V。其中VCC為數(shù)字部分的3.3V供電，3.3VA為模擬部分的3.3V供電。數(shù)字部分和模擬部分電源的隔離使電源對(duì)系統(tǒng)的干擾更小。復(fù)位部分主要有SP08R芯片組成，按下S1可使DSP系統(tǒng)復(fù)位，另外可以在程序中設(shè)置看門狗程序，防止系統(tǒng)進(jìn)入死循環(huán)。(2)A/D電路設(shè)計(jì)電路圖如下：GNDF圖GNDF圖4.10A/D電路原理圖在系統(tǒng)中共需三個(gè)AD接口，上圖為三個(gè)AD接口外圍電路電路圖，LM358為雙運(yùn)放，所以需要兩片。此處使用LM358可以放大輸入電流，是轉(zhuǎn)換結(jié)果更加精確。(3)主芯片及外圍電路

DSP2812引腳數(shù)量比較多，一共有176個(gè)引腳，引腳間距非常密集，為了使用方便所以用外擴(kuò)接口接到了DSP外部。外部電源5V、數(shù)字3.3V、模擬3.3V、1.8V均用電容與地隔離，減少電源干擾。圖4.12為晶振部分電路，晶振采用30MHz。=3±=—C9$10=110.1\!l.1u0.1uVC1.8VJC3410u/16VADCINB0ADCINB2ADCINB4ADCINB6GNDFD0FSOUTF8—-D3—-D5SIMORD—-CS1PWM8PWM10PWM12468101214161820242629 30HEADER15X2T3CMP14LMP"QEP4蘭C4TR1P弋C6TR1P *D9 19212325271013151729121416182024262830HEADER15X2 MV5VT1CTKIF -PWM2-PWM4D13PWM6YT2CMPQEPQEP11Tclkina■CLK-OUTLl1K1P3028262420181614121086A10(CANRX)(RXB)(GNDF)=C2910u/16V3.329272523211917151311HEADER15X2CS6D14A13AD15-INT1/INT_68013VCC3.3VAXHOLDxReadyADCINA6ADLINA4ADLINA23028262420(TXA)18(RXA)1614121086C3010u/16VJC3510u/16V29272523211917151311HEADER15X2C3110u/16VV(R2010kEMU0ADCINB1ADCINB3ADCINB5ADCINB7A0DINBCLKD2FSIND4STEAD6SOMIA1PWM7PWM9PWM11R/WQEP12C5TRIPD10T3CTRIPXHOLAWRVCCPWM1PWM3D12PWM5T1CMPA4A5A7A8A11A12A16VC1.8VJC3410u/16VADCINB0ADCINB2ADCINB4ADCINB6GNDFD0FSOUTF8—-D3—-D5SIMORD—-CS1PWM8PWM10PWM12468101214161820242629 30HEADER15X2T3CMP14LMP"QEP4蘭C4TR1P弋C6TR1P *D9 19212325271013151729121416182024262830HEADER15X2 MV5VT1CTKIF -PWM2-PWM4D13PWM6YT2CMPQEPQEP11Tclkina■CLK-OUTLl1K1P3028262420181614121086A10(CANRX)(RXB)(GNDF)=C2910u/16V3.329272523211917151311HEADER15X2CS6D14A13AD15-INT1/INT_68013VCC3.3VAXHOLDxReadyADCINA6ADLINA4ADLINA23028262420(TXA)18(RXA)1614121086C3010u/16VJC3510u/16V29272523211917151311HEADER15X2C3110u/16VV(R2010kEMU0ADCINB1ADCINB3ADCINB5ADCINB7A0DINBCLKD2FSIND4STEAD6SOMIA1PWM7PWM9PWM11R/WQEP12C5TRIPD10T3CTRIPXHOLAWRVCCPWM1PWM3D12PWM5T1CMPA4A5A7A8A11A12A16A17A18ADCINA7ADCINA5ADCINA3ADCINA1U1(CANTX)(TXB)ADCLO_^_C3210u/16VC3310u/16VGNDFADCLO13579TDO匸13JTAGADCINB0T-ADCINB1^TADCINBl^TADCINB3^TADCINB4TADCINB5^7ADCINB6^8ADCINB79GNDF1653.3VA 166ADCINA0174ADCINA1173ADCINA21/2ADCINA3l/lADCINA4170ADCINA5169ADCINA6168ADCINA7167PWM1 92PW^12 93PWM5 98PWM6 101T1CMP 102T2CMP 1104QEP1 106QEP2 107QEP11 109TDIRA 116TCLKINA 117C1TRIP 122C2TRIP 123C3TRIP 124PW1M7 45PWM846PWM947PWM1048PWM1149PWM120T3CMP314CMP5QEP/QE,r9QEP12 60TDIRB 71TCLKINB 72C4TRIP 614681014LoooooVDDDDDaDcinbVddddADCINB1ADCINB2ADCINB3ADCINB4ADCINB5ADCINB6ADCINB7DDDDDDDDDvvvvvvvvvVVVVVVVVVVVVVVVVSSA2VDDA2ADCINA0ADCINA1ADCINA2ADCINA3ADCINA4ADCINA5ADCINA6ADCINA7XA[0]XA[1]XA[2]XA[3]XA[4]XA[5]XA[6]XA[7]XA[8]XA[9]XA[10]XA[11]XA[12]XA[13]XA[14]XA[15]XA[16]XA[17]XA[18]43 A1"85 A3TTO A4108 A5TT8 A7T21 A8175 A9170 A10178 A12T41 A13T44 A14T48 A15152 A16T56 A17158 A18VDDA1VSSA1ADCREFMADCREFPADCRESEXTAVSSREFBGAVDDREFBGADCLOVDD1VSS1VDDAIOVSSAIOGPIOA0/PWM1GPIOA1/PWM2GPIOA2/PWM3GPIOA3/PWM4GPIOA4/PWM5GPIOA5/PWM6GPIOA6/T1PWM_T1CMPGPIOA7/T2PWM_T2CMPGPIOA8/CAP1_QEP1(I)GPIOA9/CAP2_QEP2(I)GPIOA10/CAP3_QEPI1(I)GPIOA11/TDIRA(I)GPIOA12/TCLKINA(I)GPIOA13/C1TRIP(I)GPIOA14/C2TRIP(I)GPIOA15/C3TRIP(I)GPIOB0/PWM7GPIOB1/PWM8GPIOB2/PWM9GPIOB3/PWM10GPIOB4PWM11GPIOB5/PWM12GPIOB6/T3PWM_T3CMPGPIOB7/T4PWM_T4CMPGPIOB8/CAP4_QEP3GPIOB9/CAP5_QEP4GPIOB10CAP6_QEPI2GPIOB11TDIRBGPIOB12TCLKINBGPIOB13/C4TRIPGPIOB14/C5TRIPGPIO)B15/C6TRIP曲爲(wèi)TCKDBTMSAXTDITTTDONNEMUp?EMUOOGfe11RTTTTTTTNTTSElXK47116C444DSP&出管腳EMU1圖4.11DSP&外圍電路XD[0]XD[1]XD[2]XD[3]XD[4]XD[5]XD[6]XD[7]XD[8]XD[9]XD[10]XD[11]XD[12]XD[13]XD[14]XD[15]/XZCS0AND1/XZCS2/XZCS6AND7/XWE/XRDXR/W/XHOLD/XHOLDAXREADYXMP/MC/XRSGPIOF0/SPISIMOA(O)GPIOF1/SPISOMIA(I)GPIOF2/SPICLKA(I/O)GPIOF3/SPISTEA(I/O)GPIOF4/SCITXDA(O)GPIOF5/SCIRXDA(I)GPIOF6/CANTXA(O)GPIOF7/CANRXA(I)GPIOF8/MCLKXA(I/O)GPIOF9/MCLKRA(I/O)GPIOF10/MFSXA(I/O)GPIOF11/MFSRA(I/O)GPIOF12/MDXA(O)GPIOF13/MDRA(I)GPIOF14/XF_XPLLDISGPIOG4/SCITXDB(O)GPIOG5/SCIRXDB(I)24 D1F D2"30 D3"77 D4"39 D6"54 D7"65 D8F D1074 D11"96 D12"97 D13147 D1544CS1133CS6羽WR"42RD51R/W159XHOLDR1682XHOLA161XREADYCLK_OUT160/RST40 SIMOSOMI"34 SCLK35 STEA155 TXA157 RXA8/ CANIX8928F8■25 BCLK"26 FSOUT"79 FSIN20140F14TMS320F2812104 104 104 104VCCY11H1C4330MC44|p2p 22p1圖4.12晶振部分電路圖PWM輸出電路設(shè)計(jì)如圖所示：4SP ■?I 亠輸入端.圖4.13PWM輸出電路PWM信號(hào)輸出部分為PWM7-PWM12引腳，引腳接上圖電路再輸入到圖4.6所示的驅(qū)動(dòng)電路，這種設(shè)計(jì)有助于提高信號(hào)精度，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第五章系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析5.1三相PWM整流系統(tǒng)仿真波形本文以TMS320F2812DSP為核心搭建控制電路，對(duì)PWM整流器及其控制方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，完成了系統(tǒng)在純電阻負(fù)載條件下的整流運(yùn)行。圖5.1電阻負(fù)載條件下控制框圖仿真電路圖見附錄A仿真參數(shù)如下：仿真輸入交流相電壓28V，交流側(cè)電感10mH/8A，直流側(cè)電容為1000uF/400V，負(fù)載為純阻性負(fù)載100Q/400V.輸入電壓為三相平衡電壓.用IGBT模塊作為六個(gè)開關(guān)管，在三相電網(wǎng)電壓平衡的條件下，只需檢測(cè)兩相電壓和兩相電流，從而可以節(jié)省硬件資源。利用TMS320F2812DSP的串行外設(shè)接口(SPI)外接控制面板，來實(shí)現(xiàn)鍵盤和顯示功能，可以在線調(diào)試PI參數(shù)、PI參數(shù)的上下限幅值、額定直流電壓、開關(guān)頻率等，并且可以顯示實(shí)際的直流電壓，實(shí)現(xiàn)在線觀測(cè)等功能。下面給出了以純電阻為負(fù)載，完成的雙閉環(huán)電流解耦控制仿真結(jié)果。在控制系統(tǒng)中，為了避免上下開關(guān)管直通現(xiàn)象的發(fā)生，死區(qū)時(shí)間設(shè)置為4.8us。a相交流輸入電壓和a相電流波形，過渡過程大約為0.003S，過渡時(shí)間較短，驗(yàn)證了三相PWM整流器的快速動(dòng)態(tài)性能：整流器在運(yùn)行前，IGBT模塊的反并聯(lián)二極管處于整流狀態(tài)，由于電感的作用，電流呈馬鞍狀；由圖5.2看出當(dāng)PWM整流器穩(wěn)定運(yùn)行在整流狀態(tài)時(shí)，電網(wǎng)電壓和電流基本同相位，但電流波形不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，存在一些諧波，諧波含量大概為5%，由圖5.3可見功率因數(shù)大概為0.95，由此可見網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。

2U1U-1U-2U[L49 [1.491 0.^32 0.^33 [I.494 0.^35 0.^36 0.^97 0.^38 0.^39 U.5Timeoffset:0圖5.2為穩(wěn)態(tài)時(shí)的三相電流波形圖5.3系統(tǒng)功率因數(shù)圖5.4中PWM整流時(shí)，直流側(cè)電壓穩(wěn)定，基本穩(wěn)定在24V，上下波動(dòng)約為0.1V波動(dòng)較小。圖5.4系統(tǒng)啟動(dòng)波形

圖5.6是負(fù)載突變仿真波形。系統(tǒng)在三相輸入相電壓有效值為28V,負(fù)載為100Q時(shí)，交流側(cè)電流幅值為1.7A,通過切換改變電阻負(fù)載為50Q，故負(fù)載功率增加約一倍,觀察到電流約在一個(gè)周期內(nèi)完成調(diào)整過程，幅值由1.7A左右上升到3.3A左右，體現(xiàn)了較好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能。圖5.6負(fù)載突變時(shí)a相電壓和電流波形262524232221200.65U.7262524232221200.65U.7U.75U.80.85U.9U.951Timeoffset:0圖5.7負(fù)載突變時(shí)輸出電壓波形從仿真波形的結(jié)果來看系統(tǒng)帶載起動(dòng)迅速，起動(dòng)到穩(wěn)定不到0.1S,目輸出電壓穩(wěn)定,超調(diào)很小，輸入側(cè)功率因數(shù)可達(dá)0.99以上，穩(wěn)態(tài)性能達(dá)到了預(yù)期要求。負(fù)載由100Q變?yōu)?0Q時(shí)輸出電壓波動(dòng)不明顯（圖5.7），輸出電壓穩(wěn)定性好，有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。5.2仿真總結(jié)從以上三相電壓型整流仿真試驗(yàn)波形可以看出：三相電壓型整流在穩(wěn)態(tài)時(shí)，相電流和相電壓相位存在較小靜差，樣機(jī)運(yùn)行在高功率因數(shù)整流狀態(tài)，近似于單位功率因數(shù)整流；二極管整流到PWM整流過渡時(shí)，過渡過程很短，驗(yàn)證了PWM整流器的快速動(dòng)態(tài)性能：而直流側(cè)電壓則緩慢上升，具有較大的穩(wěn)定性。負(fù)載突變時(shí)，調(diào)整時(shí)間較短，體現(xiàn)了PWM整流器較好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能。以上各波形基本同仿真波形性質(zhì)相同，從而相互驗(yàn)證了