【正文】 2． 直流側電容的設計 根據(jù)三相瞬時無功功率的理論，理想情況下三相電路總的瞬時功率為各瞬 時有功功率之和，而總的瞬時無功功率之和為零，這表明各相瞬時無功功率總是在三相之間交換，在三相電源和負載之間無無功能量的來回往返，因此，對 SVG 而言，瞬時無功功率不會導致其交流側和直流側之間的能量交換，從而使 Ud 保持恒定。在額定容量下，流入直流側電流峰值與 SVG 輸出的電流峰值相等。通過查找資料，直流側的電容容值主要取決于直流電壓的脈動大小，根據(jù)工程設計的經驗有如下計算公式： (45) dabUUm 2?VUEUU aapad 6 86 6 ????????????????????????????? 43c o s1%5322??mIfUKLnsdn o s1% 1 0 0 2 ????????? ???????? ???????? ??? ?? mHwIULmd 1000232 ?????? ??? ??? KfUICdfm in?安徽理工大學 畢業(yè)設計 22 式中： fI 為逆變器的額定輸出電流方均根值； dU 為直流電壓的平均值； minF 為 逆變器的最低輸出功率； ? 為允許直流電壓頻率低峰值紋波因數(shù)； ?K 為負載位移因數(shù) 角 ? 有關系數(shù)； 本文根據(jù)工程上直接選取電容的經驗，直接選取的容量為 1000uF 的電容。 斷路器的種類很多，按滅弧介質可分油斷路器（少油和多油 ） 、壓縮空氣斷路器、六氟化硫斷路器、真空斷路器等；按安裝成所分戶內和戶外。本設計中采用的 IGBT 驅動電路如圖32所示： 圖 42 驅動電路圖 由 DSP微處理器中發(fā)出的六相脈沖信號，先通過光耦隔離，然后經過驅動板 SKHI10/17,之后送到 SVG中。 驅動板 SKHI10/17 中，端口 5接到 IGBT的集電極，端口 3和 2接到 IGBT 的柵極，口 1接到 IGBT 的發(fā)射集。本論文設計中采用的 DSP 型號是TMS320LF2407。 EVA 和 EVB，每個包括：兩個 16 位通用定時器； 8個 16 位的脈寬調制 (PWM)通道。 10位模數(shù)轉換器 (ADC)的轉換時間 500ns,提供多達 16位的模擬輸入，具有自動排列功能，可以同時采集最多 16 路的模擬信號，克服了其他單片機不能同時采集多路信號的缺點。 位的串行外設接口模塊。 ：乘法是 DSP的重要組成部分。它將多條指令進行壓縮，如指令功能壓縮和指令周期壓縮（ 200ns 降到 20ns 以下），可以在一個指令周期內執(zhí)行多條指令，提高了處理器的速度。 綜合這幾個方面的原因，采用 TMS320LF2407 做主控制器，既能滿足作為控制器的功能，突出技術能力又能快速準確的進行數(shù)據(jù)處理計算，滿足吸引的要求。其中，全局數(shù)據(jù)空間用于和其他處理器共享數(shù)據(jù)或用作附加的數(shù)據(jù)空間。 2）系統(tǒng)接口模塊 該模塊是為了不影響 TMS320 系列 DSP 的 CPU 數(shù)據(jù)總線的電氣性能而為外設提供支持的一個接口。 3）時鐘模塊 DSP 的時鐘模塊為整個器件提供各種時鐘頻率，該模塊有 3個引腳： OSCBYP 用來選擇內部振蕩器是否被旁路，以及 XTAL1/CLKIN 和 XTAL2。 5）數(shù)字輸入 /輸出模塊 數(shù)字 I/O 是微處理器和外部設備聯(lián)系的接口， DSP 芯片 I/O引腳大多與其它功能模塊共享。但為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性， SCI 對接收的數(shù)據(jù)要進行測試。以上功能部件使它特別適用于運動控制和電機控制。 1) 主程序和初始化主程序 主程序和初始化主程序流程圖如圖 46和 圖 47 所示。每到一個采 樣周期中斷一次，采樣序數(shù)加 1。電網(wǎng)電壓過零點時產生外中斷信號，在得到確認后判斷采樣序數(shù)是否為 0，如果是，說明整流器剛開始工作，運行一次電壓環(huán)調解程序和 SPWM 程序；如果不是 0，說明是前一個周期的采樣次數(shù)，執(zhí)行軟件鎖相環(huán)程序，調節(jié)調制程序。為了節(jié)省硬件電路，本設計利用 DSP的功能，通過軟件編程來實現(xiàn)調制電壓和電網(wǎng)電壓的同步，因此可將其稱為軟件鎖相環(huán)。 調制周期應增加（或減少）多少呢？如何準確的調節(jié)調制周期？通過理論分析編程 反復調試，給出調試周期的調節(jié)算法如下： 可根據(jù)下式計算本次同步中斷子程序中已設置的采樣周期時間常數(shù) (46) ? ?? ? NTTNnTT ySSB ????安徽理工大學 畢業(yè)設計 26 公式中 : ST 上一次同步中斷子程序中設置的采樣周期時間常數(shù)； ynT 本次同步中斷子程序中首先讀取的定時器剩余的時間常數(shù)； n本次同步中斷讀取的上一個工頻周期的采樣次數(shù)； N設定的采樣次數(shù)，即載波比 = rt ffN? ； 軟件流程圖如圖 410所示，可見軟件鎖相環(huán)程序并不復雜，但卻非常實用，解決了電壓同步這個重要問題。然后計算直流電壓的偏差 E 和偏差率 EC，進行模糊化，對電壓環(huán) PI調節(jié)器的參數(shù)進行自整定，接著進行 PI 運算，輸出交流側電流的有功和無功分量給定值。首先必須算出 pau ， pbu ， pcu 在一個調制周期中的占空比 ad ， bd ， cd 。程序流程圖如圖 411所示。 5）電壓環(huán)調節(jié)器程序 此程序實現(xiàn)電壓環(huán)控制。 當電網(wǎng)電壓一個周期結束時，統(tǒng)計采樣序數(shù)的值，即一個電壓周期的采樣序數(shù)。 4）軟件鎖相環(huán)程序 在對 PWM整流器的 控制過程中，最重要的問題是必須是需要調制的交流側電壓與電網(wǎng)電壓保持同步。如果采樣程序遠遠超過一個工頻周期的采樣次數(shù) ，說明沒有外中斷信號，整流器已經停止工作，需要停止調制。初始化程序是主程序的一個子程序，對外中斷控制寄存器，定時器中斷控制寄存器， PWM 控制寄存器， ,I/O 端口等進行設置。我們只有熟練掌握它的性能及其基本知識才能更好地應用它。 DSPP 控制器提供 SPI接口為工程應用系統(tǒng)帶來了便利。 安徽理工大學 畢業(yè)設計 25 7）串行通信接口（ SCI）模塊 該模塊為異步串行通信模塊，可以實現(xiàn)半雙工通信及多機之間的通信。 4）中斷模塊 DSP 中斷分為軟件軟件中斷和硬件中斷。外設總線最多可連接 16 個片內外設，其工作頻率比 CPU 數(shù)據(jù)總線頻率低。在內部包含有有助于提高性能的集中度的大量片內存儲器以及可用于外部存儲器和 I/O器件的寬范圍地址。 1）存儲器 TMS320 系列 DSP 的存儲器分為 4個單獨的可選擇的空間： 64K 字的程序空間、 64K 字的本地數(shù)據(jù)空間、 32K字的全局數(shù)據(jù)空間和 64K字的 I/O 空間。 。它能實現(xiàn)單指令乘法運算和變址運算。方便擴展外設，滿足多數(shù)擴展對象的輸入輸出要求。 （ SCI）。 192K字； 64K 字程序存儲器； 64K 字數(shù)據(jù)存儲器； 4K 字 I/O尋址空間。 30MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短為 33ns,從而提高控制器的實際控制能力。端口 8 和端口 9接 15V，端口 10 接地，端口 11和 6N137 相連接。該光耦器件高、低壓電平傳輸延遲時間短，典型值僅為 48ns,因而在傳輸速度上完全能滿足要求 。 IGBT 驅動電路的設計 新型功率開關器件 IGBT 由于兼有功率三極管和場效應管的優(yōu)點，即通流能力強且開關頻率高，通斷速度快，輸入阻抗大，飽和壓降低等，因而在電力電子技術中 獲得越來越廣泛的應用。在斷開電路時會在斷口處產生電弧，因此斷路器都設有專門的滅弧裝置。但現(xiàn)實中沒有無限大的電容。測試直流側只需很小的電容量用于保持功率器件的正常工作即可。所以， 3）滿足瞬態(tài)電流跟蹤： (44) 式中： mI 相電流的峰值。從電源控制方面考慮， dU 過低，不能完成控制 L 中電流的任務； dU 過高，會提高器件的耐壓定額 ，增加系統(tǒng)成本，同?cos3 a La E PI ?mHwP ELLa 103605023322?????????????? ?? ? %5m a xm a x ??ndmIIT H D??????????????????? 43c o s1%5322??mIfUKLnsdn安徽理工大學 畢業(yè)設計 21 時降低系統(tǒng)的可靠性。 濾波電感、電容的選擇 yn11AI 10360 331 ??? ??AI 10360 32 ????s7安徽理工大學 畢業(yè)設計 20 1）電感的壓降不能太大，以減小損耗。 在預充電時，由于直流側電容 C的容量很大，阻抗較小，直流側 在充電瞬間相當于短路，產生很大的短路電流，為了限制瞬間短路電流，本設計采用了在交流電源側串 聯(lián) 限流電阻的方案。 由此，在 基于矢量控制原理的 SVG 裝置和 LC 諧波濾波器的共同作用 下 ， 還便可以 確保感性無功 和容性無功二者的平衡 。因此，當經考慮基波頻率時， SVG 可以等效的視為幅值和相位均可以控制的一個與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。而對 SVG 裝置，其所需儲能元件的容量至少要等于其所能提供的無功功率的容量，因此， SVG 中儲能元件的體積和成本比同容量的 SVC 大大減小。所以，能用某種方法將三相各部分總的統(tǒng)一起來處理，則因為總的看來三相電路電源和負載之間沒有無功來回往返，在總的負載側就無需設置無功儲能元件。這其中， SVG 所補償?shù)娜萘空?60%，即為 360KVAR，而諧波濾波器也會補償一定的無功，占 40%，即為 240KVAR。 安徽理工大學 畢業(yè)設計 17 爬行段： 4Q = NS ? ?90sin =1440KVAR 4Q 是爬行段中的無功功率。 在爬行段中： 40P = eNT ? 4V =?? NP =40KW 40P 是爬行段中的有功功率。 無功動態(tài)補償需求量的計算 本設計的主要任務是對礦井提升機進行動態(tài)無功補償，其中整個系統(tǒng)的 NP =1250KW,負??? SP?安徽理工大學 畢業(yè)設計 15 載的整流變壓器 NS =1600KVA，另外速度與轉矩的關系如圖 32，根據(jù)有功 功率的計算公式： （ 32） 式（ 22）中的 V為提升機的速度， eNT 為提升機的轉矩，而 P為有功功率。 傳統(tǒng)的無功功率概念是定義在平均基礎上的。三相電路總的功率因數(shù)就等于各相的功率因數(shù)。通過對變壓器低壓側的電壓、電流的檢測和對 SVG 直流側電容 C兩端電壓的檢測，并通過 同 步檢測電路 ，將測得的數(shù)據(jù) 送到 DSP的 AD接口 ,在 DSP內 經過一系列的計算，送入到 PWM 脈沖發(fā)生器，由此產生合適的 6 脈沖， 由 IGBT 驅動電路 進入到靜止無功發(fā)生器（ SVG） ,而 SVG則根據(jù)進入的脈沖產生合適的無功功率， 從而 對系統(tǒng)進行動態(tài)的無功補償。 2）無功補償控制器部分：補償控制器的作用是根據(jù) 電壓檢測、電流檢測電路以及同步電路，由一系列運算得出 電力系統(tǒng)的瞬時 有 功功率 P和 瞬時無功功率 Q，再由 期望的功率因數(shù) ??cos ，求出應有 的無功功率 ?? ? ?tanPQ 。由式 (212)可得 ： avmm EEUE ??? (212) 無功動態(tài)補償系統(tǒng)結構 安徽理工大學 畢業(yè)設計 13 C3 s / 2 rP IQ 計 算P 計 算E 、 θ 計 算E d 、 θ計 算C2 r / 3 sW LW LA U RA C RA C RP W M調制C3 s / 2 r電 壓互 感 器Ud 檢 測負 載1 0 K V電 壓互 感器Ud*Udiq*iqUp b*Up c*Up a*E dUp d*idid*UdiaibicθiqidθiDiPQ*EiAiBiC……??tanUp q* 圖 31 無功動態(tài)補償系統(tǒng)結構圖 整個無功動 態(tài)補償系統(tǒng)的結構圖如 圖 31 所示， 主要可以分為 3個部分： SVG靜止無功發(fā)生器主電路控制部分、無功補償控制器部分以及 LC 濾波部分。 UG的正跳為 ? 的起始點。 由式 (23)可得 ： ? ?qda EEe ?? s inc os32 ?? 因為 ， , EEd ? w