【正文】 夫電流定律得： dcccbbaadc isisisidtduc ???? 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設計 10 三相 VSR dq 模型 在三相電壓型變流器中，交流側(cè)的電壓和電流都含有三個分量，這給系統(tǒng)的控制帶來難度，考慮到相電壓和相電流分別滿足約束條件： Ea+Eb+Ec=0 和 Ia+Ib+Ic=0,一般地，設矢量： V 的三個分量滿足約束條件： Va+Vb+Vc=0 ,下面對向量 V 進行一般性研究進行。 圖 三相 VSR 的 dq 模型 三相電壓型 PWM 整流器的控制 常用控制方法 為了使三相電壓型 PWM 整流器運行在單位功率因數(shù)狀態(tài)，可以有多種控制方法。當 L 和 R 的運算值有誤差時，必然會影響到控制交果。直接電流控制響應速度快，對系統(tǒng)參數(shù)依賴不敏感，因而得到了廣泛的應用。但在開關(guān)頻率比較小的情況下，電流動態(tài)響應速度比較慢，且動態(tài)誤差隨電流變化率變化而變化。穩(wěn)態(tài)時，三相靜止坐標 abc 中的指令電流為具有一定頻率、相角和幅值的正弦波信號；而二相同步旋轉(zhuǎn)坐標系 dq 中的指令電流為時不變直流信號。當電流內(nèi)環(huán)均采用 PI 控制時，無法實現(xiàn)電流無靜差控制。 圖 dq 坐標系中三相 VSR 固定開關(guān)頻率 PWM 電流控制原理 三相 VSR 的解耦控制方法 采用同步旋轉(zhuǎn)坐標系中的固定開關(guān)頻率 PWM 電流控制方案，能獲得較高的三相 VSR PWM 電流控制。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設計 15 圖 三相 VSR 的解耦控制 三相 VSR 空間矢量控制 空間矢量 PWM 控制策略是依據(jù)變流器空間電壓矢量切換來控制的變流器。前面所述，基于前饋解耦控制策略的電流調(diào)節(jié)器輸出在了 dq 同步旋轉(zhuǎn)坐標中 VSR 交流側(cè)空間電壓矢量指令值 Ud 和 Uq。3%； 電流漂移 177。過零檢測電路用于產(chǎn)生與電網(wǎng)同相的方波信號，以實現(xiàn)電網(wǎng)的鎖相控制，并將采樣量經(jīng)過調(diào)理電路進一步轉(zhuǎn)化為 0~3V 電壓，輸入到 TMS320F28035 的 A/D 口。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設計 17 圖 31 基于 PWM 的蓄電池充放電裝置硬件系統(tǒng)示意圖 當蓄電池電壓小于 160V 時， S1 斷開， S2 閉合，三相 PWM 整流橋進行恒壓控制，穩(wěn)定電容電壓 Udc1 ， BUCK 電路對蓄電池進行恒流充電；當蓄電池電壓大于 160V 時， S1 閉合， S2 斷開，三相 PWM 整流橋進行恒流充放和恒壓充，實現(xiàn)能量雙向流動和單位功率因數(shù)整流。選取 IGBT 時，額定電流CEI 要跟據(jù)實際工作最大電流的 倍選取，額定電壓 CEU 要跟據(jù)實際工作最大反向電壓的 ~2 倍選取，并考慮 到散熱條件。 2) 濾除 PWM 整流器交流側(cè)諧波電流，從而實現(xiàn)交流側(cè)正弦波電流控制； 3) 使 PWM 整流器具有 Boost PWM 整流器 AC/DC 變換性能； 4) 使 PWM 整流器獲得一定的阻尼特性，從而有利于控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。這一過程實際上是直流負載電流從零到額定電流的三相 VSR 負載擾動過程。 本系統(tǒng)中選取直流側(cè)電容參數(shù)為：電容量 2200uH，額定電壓 450V。變壓器二次側(cè)輸出為兩組 9V 和帶有中心抽頭的 18V 交流電壓。TMS320F28035 相 對 于 TMS320F2812 ,更 適 合 作 為電力電子控制芯片。而 TMS320F28035 使用 單電源供電，比較方便，省去了專門的電源芯片。而 TMS320F28035 的 7 對 PWM 口有獨立的定時 /計數(shù)器，能配置成同周期同相位的計數(shù)，作為三相整流橋的控制，也能配置成不周期和相位的計數(shù)，去控制獨立的 PWM 電路，使用更加靈活。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設計 22 為了節(jié)約成本，本系統(tǒng)采用 7800 隔離運放做電氣隔離。 圖 蓄電池電流采樣電路 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設計 23 蓄電池電壓采樣 電路設計 圖 蓄電池的電壓采樣電路，蓄電池的電壓通過電阻分壓作為 7800 輸入電壓。 圖 蓄電池電壓采樣電路 交流側(cè)電流采樣電路設計 本采樣電路采用 R9=470Ω 作為采樣電阻，設相電流的瞬時值為 x 安，輸入到TMS320F28035 的電壓為 y 伏， y 的變化范圍是 0~3，相應地， x 的變化范圍是~，輸入輸出為線性關(guān)系。為了避免由于干擾而造成誤過零，采樣 R6 R64 和 C48 構(gòu)成 RC 濾波電路，該 RC 濾波會產(chǎn)生 10 度左右的延時，將會在程序中進行補償。由電路可知，捕獲 y 的變化范圍是 0~3，相應地， x 的變化范圍是 ~，輸入輸出為線性關(guān)系。圖 313 為磁保持繼電器的驅(qū)動電路，來自 TMS320F28035 的 IO 口的信號先經(jīng)過 N14 非門進行反向放大到 5V 電平，再由 N1820xxA 進一步放大到 15V。相序檢測可在 PWM 工作之前完成。而從 N23_4 輸出的高電平有 5V，不能直接接到 TMS320F28035 的 CAN 接收腳，因而需要將 5V 電壓轉(zhuǎn)化成為 電壓。主程序由初始化、工作模式管理、相序判斷、 calculate( )、 svpwm( )和 buck( )子程序組成，如圖 41 所示。捕獲單元選用的定時器計數(shù)頻率為 60M，前后兩次捕獲到的值之差即為電網(wǎng)周期（還要考慮到溢出），用 T 表示，如果電網(wǎng)周期剛好為 ，則： PWM1 定時器中斷選用的定時器也同樣為 60M，周期寄存器值為 PWM 周期的一半，用 p 表示。每個 SOC 采樣完成以后都會產(chǎn)生 EOC 信號，本程序中用 E。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設計 34 結(jié)束語 本文研究與設計基于 PWM 的蓄電池充放電裝置，用于蓄電池的生產(chǎn)與應用，實現(xiàn)對蓄電池整流充電和逆變放電雙重功能，解決傳統(tǒng)充放電裝置存在的網(wǎng)側(cè)功 率因數(shù)低、諧波污染嚴重、裝置體積龐大、能量浪費等缺點。并在此基礎上重點分析三相電壓型 PWM 整流器，分析其一般數(shù)模型與 dq 數(shù)學模型。再給控制電路的設計，包括采樣電路、保護電路、 PWM 接口電路、驅(qū)動電路等。軟件設計注重高效的代碼率 ，快速的響應速度與實時性等。在此，首先我要感謝父母給予我入大學的機會。無論是在理論學習階段，還是在論文的選題、資料查詢、開題、研究和撰寫的環(huán)節(jié)，老師都是有問必答，有求必應，這為學生著想之心清晰可見。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設計 38 附錄 A 系統(tǒng)電路圖 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設計 1 。是的，自己的收獲是大于自己耗費的能量的，這是值得的。其次，十分感激李建英教授在設計過程中提供的莫大幫助。 實驗樣機達到了預期的設計要求，樣機具有高效節(jié)能無污染的優(yōu)點。 軟件設計是系統(tǒng)的核心。 詳細介紹系統(tǒng)的硬件設計。裝置具有節(jié)能環(huán)保、對網(wǎng)側(cè)諧波污染少的優(yōu)點。充電電流在主電路、采樣電路和程序中有不同的表現(xiàn)形式，如圖 所示： 圖 充電電流在主電路、采樣電路和程序中的表現(xiàn)形式 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設計 33 在主電路中實 際充電電流為 xA，經(jīng) A/D 采樣調(diào)理電路得到 yV 電壓，經(jīng) TMS320F28035 采樣得到數(shù)值 z（程序中用寄存器 Idctemp 存起來），進一步得到采樣電流的 Q12 格（程序中用寄存 Idc 存起來）。 A/D 初始化配置成軟件觸發(fā)方式，觸發(fā)信號來了以后，啟動 SOC0~13 的 A/D 采樣，分別采樣 ADCINA5~ADCINA4， A/D 采樣采用 SOC 方式進行管理，能實 現(xiàn)對同一通道進行重復采樣提高采樣的精度。各部分功能簡要概述如下： ecap1_isr( )對電壓進行鎖相控制，求出三相整流 橋 PWM1 周期值； epwm1_timer_isr( )軟件觸發(fā) A/D 采樣，微調(diào) PWM1 周期值； adc1_isr( )讀取 A/D 采樣值，并轉(zhuǎn)化為計數(shù)需要的 Qn 格式； xint1_isr( )IGBT 過流或電容電壓過高時產(chǎn)生保護，封鎖驅(qū)動； xint2_isr( )IGBT 過熱時產(chǎn)生保護，封鎖驅(qū)動； epwm6_timer_isr( )在 BUCK 電路工作時，軟件觸發(fā)充電電流 A/D 采樣； adc2_isr( )讀取 BUCK 充電電流 A/D 采樣值，并轉(zhuǎn)化為計數(shù)需 要的 Qn 格式； 程序流程如圖 所示： 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設計 29 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設計 30 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設計 31 電網(wǎng)周期與 PWM 周期的計算 這部分由捕獲中斷服務程序和 PWM 的計數(shù)值 CTR=0 中斷服務程序完成。各功能模塊詳細介紹清晰的說明了基于三相 PWM 整流器的蓄電池充放電系統(tǒng)的工作原理。 圖 相序檢測電路圖 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設計 27 CAN 通信接口電路設計 圖 為以 N23 CTM8251T 為核心組成的 CAN 通信接口電路， CTM8251T 以 5V 為高電平，而 TMS320F28035 以 為高電平。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設計 26 圖 繼電器驅(qū)動電路圖 相序檢測 電路設計 為了使系統(tǒng)能在電網(wǎng)正序和反序時都能工作，需要增加相序檢測電路，圖 為相序檢測的硬件電路對比 GPIO12 和 Cap 的信號可知，只要 TMS320F28035 在一個周期內(nèi)檢測兩次 GPIO12 的電平極性，就能得知電網(wǎng)的相序。上電之前，磁保持繼電器斷開，抑制浪涌電流?？紤]蓄電池充放電裝置使用的電網(wǎng)畸變通常比較大，采樣 RC 延遲是很有必要的。 基于三相 PWM 整流器蓄電池充放電系統(tǒng)的研究與設計 24 圖 交流側(cè)電流采樣電路圖 電網(wǎng)電壓過零檢測和電壓采樣電路設計 圖 能實現(xiàn)電網(wǎng)電壓過零檢測和采樣。設蓄電池電壓為 x 伏， y 的變化范圍是 0~3，相應地， x 的變化范圍是 ~，輸入輸出為線性關(guān)系。 圖 隔離運放 7800 的輸入輸出特性 圖 為蓄電池電流采樣電路，采用 10A/150mV 的分流器與蓄電池串聯(lián)，分流器上的電壓經(jīng) RC 濾波后輸入到 7800 的 PIN2 與 PIN3，輸出腳 PIN6 與 PIN7 的電壓經(jīng)差分電路轉(zhuǎn)換成單極性電壓。 蓄電池電流采樣電路設計 為了對整個裝置系統(tǒng)進行控制，需要對一些電氣參量進行隔離、變換、取樣、計算。而 TMS320F28035 則使用 32 位定時 /計數(shù)器，即使不分頻，定時時間也可達 212/60M=。