【正文】 3 247。本系統中選用 NICHICON 耐壓為450V,1500? F 電解電容 ,兩個電容串聯以提高耐壓 , 防止開機 和停機瞬間沖擊電壓過大而損壞電容。本文設計的電源的額定輸出功率，考慮到濾波器的損耗以及功率開關管的開關損耗，設效率為 η=80% ，則有 P=1000/=1250W。 逆變電路采用三菱公司的 IPM 模塊構成三相橋式逆變器。 三相四橋臂逆變器雖然帶不平衡負載的能力較強，但其電路拓撲較復雜、 所用功率器件數較多、控制也復雜。 接著，根據 N值，預先計算好采樣點的單位正弦值，按順序制成表格。由于采樣周期 Ts為三角載波周期的 1/2，所以有如下關系成立 : NfTS 21? （ 219) 調制度 M與指令頻率 f之間有確定的關系，可由所要求的 U/f曲線來確定。 DSP 控制三相 SPWM 波形產生原理分析 三相 SPWM控制波裝載示意圖如圖 214所示，圖中 CMPR CMPR CMPR6分別對應于 U、 V、 W三相。 在高層中斷，被或的多個外設中斷請求產生一個到 CPU 的中斷（ INTn）請求，到 LF240x 的中斷請求信號是 2 個 CPU 時鐘脈沖寬的低電平脈沖。利用 LF2407的事件管理器 EVB產生 3對 (6個 )PWM波，這些 PWM波的輸出為一組連續(xù)的幅值相等而寬度不等的矩形波，再通過相同的 LC低通濾波器 (也可以是 RC低通濾波器 )平滑濾波后，在輸出端產生一個正弦波形。如果中斷不屏蔽，則產生外設中斷安徽理工大學畢業(yè)設計 18 請求信號。 通用定時器的輸入有：內部 CPU 時鐘、外部時鐘 TCLKINA/B，最大頻率是CPU 時鐘的 1/方向輸入 TDIRA/B，控制通用定時器增 /減計數、復位。它的工作方式有 4種 :停止 /保持模式、連續(xù)增計數模式、定向增 /減計數模式、連續(xù)增 /減計數模式。 TMS320LF2407A包括兩個事件管理模塊 EVA和 EVB，每個事件管理器模塊包括通用定時 （ GP） 、比較單元、捕獲單元以及正交編碼脈沖電路。 使用 DSP 實現 SPWM 波 DSP 的事件（ EV）管理器模塊介紹 傳統的產生 SPWM波形的方法能夠用于逆變器中實現幅度和頻率可調的正弦波電壓。當采用基于三角載波調制的雙極性 SPWM 控制時，只需要采用正、負對稱的雙極性三角載波即可。 在 u??處于正半周期間， VT1 保持導通， VT2 保持關斷。在負載電流為負的區(qū)間，仍為 V1 和 V4 導通時，因 i0為負，故 i0實際上從 VD1和 VD4 流過，仍有 Uo=Ud； V4 關斷， V3 開通后， i0從 V3 和 VD1 續(xù)流， Uo=0。而 DSP以其時鐘頻率可達到 40MHz的優(yōu)勢，安徽理工大學畢業(yè)設計 13 無疑解決了這個問題。 （ 3）不對稱規(guī)則采樣法是既在三角波的頂點位置，又在底點位置對正弦波進行采樣，由采樣值形成階梯波，階梯波與三角波的交點所確定的脈寬在一個三角波的周期內的位置不對稱的采樣方法，其原理如圖 28所示。 由此可知，自然采樣法得到的數學模型并不適合由微處理器實現實時控制。 圖 25 單相橋式逆變電路及其輸出波形 單相正弦逆變電源中，逆變器要把市電經整流濾波后得到的直流電或者由蓄電池提供的直流電，重新轉化為頻率非常穩(wěn)定，穩(wěn)定電壓受負載影響小的，波形畸變因數滿足負載要求的交流正弦波。 上述被稱為面積等效原理，它是PWM控制技術的重要理論基礎。 u dooi ottл2 лл 2 лV D 1V D 4V 1V 4V D 2V D 3V 2V 3 圖 22 電壓型全橋逆變 電路輸出波形 對其電壓波形進行定量分析，把幅值為 的矩形波 展開成傅立葉級數 得： ∑ ( ) (21) 其中基波的幅值 和基波有效值 分別為 7 (22) √ 9 (23) 于 是 由 逆變原理可知，如 果控制 IGBT的 開 通與關斷的頻率，那么輸出電壓的頻率和 IGBT的開關頻率便 存在一 定的對應關系 ： 控制 IGBT的開通與關斷的 占空比，那么輸出電壓的有效值也和 IGBT的開關占空比便存在一定的對應關系，因此 產生精確控制 IGBT開 關驅 動 信號 SPWM便成為了本文研究的重點。在同一直流電壓輸入情況下，全橋逆變電路輸出電壓是半橋逆變電路輸出電壓的二倍，故文中逆變電源逆變器部分采用全橋逆變電路。屬于故障，所以應該是不可自恢復的。若是直流輸入，則是一個或幾個 DC/DC變換器：若是交流輸入，則可以采用工頻降壓、整流、線性穩(wěn)壓的方式，當然也可以采用 DC/DC變換器。 下面對各個部分做一些簡單介紹： (1)輸入電路 逆變主電路輸入為直流電，若是直流電網 (如煤礦，礦山，電車等 )、蓄電池貯存的電，或者是直流發(fā)電機發(fā)出的電，或者直流電動機和變頻調速交流電動機制動時再生直流電，則輸入電路包括濾波電路和 EMI對策電路。 第二章深入研究了 SPWM 控制 原理與模式 ，并針對諧波問題，采用優(yōu)良的SPWM 波形采樣方案，使其 諧波 含量大大降低。它首先將輸入的精確量 (一般為跟蹤誤差及其導數 )轉換為模糊量，然后根據專家經驗總結的語言規(guī)則進行模糊推理，根據推理結果確定當前情況下最適合的 PD控制器參數，能改善系統對非線性負載的適應能力。此控制方法可實現系統極點的配置，所以克服了無差拍控制空載時振蕩的缺點，逆變器工作在一種穩(wěn)定狀態(tài)。下面簡述逆變電源的主要控制策略： ① PD控制是一種傳統控制方法，由于其算法簡單成熟，設計過程中不過分依賴系統參數，魯棒性好、可靠性高，在模擬控制的正弦波逆變電源系統中得到了廣泛的應用。而且由于采用了數字電路實現 PWM控制，使得逆變安徽理工大學畢業(yè)設計 3 器的控制電路簡化，穩(wěn)定性提高，逆變器的數字化控制已成為逆變器發(fā)展的主流。系統一旦出現故障，通過接口進行調試即可，而且可以通過查詢歷史記錄來進行修復； (6)系統一致性好，成本低，生產制造方便； (7)易于組成 并聯運行系統?？蓪τ谀孀冸娫创罅糠蔷€性電子負載動態(tài)變化產生的諧波，進行動態(tài)的補償從而使得輸出諧波達到可接受的水平。然而，今天的逆變電源除這些要求外，還必須環(huán)保無污染，即綠色環(huán)保逆變電源。 本文 主要 分析了變頻電源技術現狀、發(fā)展趨勢和存在的難點，指出論文的研究內容和意義。電源技術的發(fā)展使得數字控制系統控制的電源取代傳統電源已成為必然。 逆變電源的發(fā)展是和電力電子器件的發(fā)展聯系在一起的，器件的發(fā)展帶動著逆變電源的發(fā)展。 詳細 討論了逆變器的 SPWM調制法工作原理，介紹了數字實現時對稱規(guī)則采樣法和不對稱規(guī)則采樣法的特點。高性能的逆變電源必須滿足：高輸入功率因數，低輸出阻抗；快速的暫態(tài)響應，穩(wěn)態(tài)精度高；穩(wěn)定性高，效率高，可靠性高；完善的網絡功能；智能化；低的電磁干擾。 逆變器的現狀 及發(fā)展趨勢 逆變器的現狀 電源系統是現代電子設備不可或缺的重要組成部分。 逆變器的 發(fā)展趨勢 影響逆變技術未來發(fā)展的主要因素是： (1)PWM軟開關技術： (2)數字化控制技術。 PWM軟開關逆變技術是當今電力電子學領域最活躍的研究內容之一，是實現電力電子技術高頻化的最佳途徑，也是一項理論性很強的研究工作。 PID控制算法具有較快的動、靜態(tài)響應特性。 ④ 重復控制是一種十分有效的波形校正技術，是基于內模原理的控制技術。 ⑦ 神經網絡控制是近幾年來興起的一種智能控制方式， 90年代初，日本的Yoshihisa等人將人工神經網絡技術應用到逆變器中，構成一個數字電流調節(jié)器。 第三章具體設計和實現了基于 TMS320LF2407A 芯片 的 數字 逆變電源硬件電路。若是交流電網，除了濾波和 EMI對策電路外，首先還要有整流電路。 保護電路主要包括： ①輸入過壓、欠壓保護。 ⑤過熱保護。 下面介紹 電壓型 全橋逆變電路：電路原理圖見圖 21。 SPWM 控制基礎 在分析 SPWM之前，必須要了解 PWM(Pulse Width Modulation， PWM)及其相關知識，這是通過對一系列脈沖的寬度進行調制來等效地獲得所需波形包含形狀和幅值 )的。 圖 24 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 PWM 波形的基本原理 逆變器的種類很多，各自的具體工作原理、工作過程不盡相同，但是最基 本的逆變過程是相同的。 SPWM 采樣方法對比分析 近年來，正弦脈寬調制 (SPWM)技術以其 優(yōu) 良 的傳輸特性成為電力電子 裝置中調制技術的基本方式。 （ 2） 對稱規(guī)則采樣法。 圖 28 不對稱規(guī)則采樣法 由圖 28得： ? ?1s in12 tMTt soff ??? ? ?1s in12 tMTt son ??? ? ?2s in12 tMTt son ???? ? ?2s in12 tMTstoff ???? （ 28） 脈沖寬度為： ?????? ?????? )s in( s in212 21 ttMTttt tononpw ?? （ 29） 其中， 2/ts TT? （ sT 是采樣周期， tT 是三角波周期） 安徽理工大學畢業(yè)設計 12 如圖 28中，有 ,...)6,4,2,0(,21 ?? kkTt t ,...)7,5,3,1(,22 ?? kkTt t （ 210） 即 k=0,1,2,3,?。 綜上所述，本系統采用不對稱規(guī)則采樣法來生成 SPWM。這樣， Uo 總可以得到 Ud 和零兩種電平。當 u?? 時， VT4 導通， VT3 關斷， Uo=Ud；當 u?? 時， VT4 關斷， VT3 導通， Uo=0。 當正弦調制波信號瞬時值大于三角載波信號瞬時值時，比較器的輸出極性為正， VT VT4 導通有效，而 VT VT3 關斷有效，即 VT VT4 導通或 VDVD4 續(xù)流導通；同時， VT2(VD2)、 VT3(VD3)關斷，此時，逆變器輸出為正極性的 SPWM 電壓脈沖。當負載為線性時效果還好。 EVA和 EVB???? ???? ω ω O O ?????? ???? ???? 安徽理工大學畢業(yè)設計 16 的定時器、比較單元以及捕獲單元的功能都相同，只是定時器和單元的名稱不同。采用連續(xù)增 /減計數方式工作時，產生對稱的 SPWM波，其工作過程如下 :計數器的值由初值開始向上增計數，當到達寄存器 T3PR值時，開始遞減計數，直至計數器的值為零時 (進入中斷服務程序 )又重新向上增計數，如此循環(huán)往復。 通用定時器的輸出：通用定時器比較輸出 CMPTX 、至 ADC 模塊的模數轉化啟動信號、比較邏輯和比較單元的下溢、上溢、比較匹配和周期匹配信號、技術方向指示位 。輸出跳變 的時序、中斷標志位的設置和中斷請求的產生都與通用定時器的比較操作相同。 通過以上分析知 :軟件設定不一樣的 CMPRx的時間值就可以得到不同寬度的脈沖，從而得到 SPWM波形， CMPRx的裝載條件是周期匹配或計數器下溢匹配。 CPU 總是響應優(yōu)先級高的外設中斷請求。一個裝載周期內，一次就必須裝載此采樣點各相對應的正弦值 :CMPR CMPR CMPR6。預先算出制成表格，存放于 ROM中，以便查找。同時，根據負載 U/f曲線，確定頻率 f與調制比 M之間的關系，將 M值按 f遞增的順序制成表格。 組 合式三 相逆變器由 3個 單相逆變器星形聯接構成，能同時實現單相和 三相四線制供電。 驅動電路輸入信號來自 DSP，通過高速光耦 HCPL— 4504 進行信號隔離后，產生滿足 IPM 可靠工作的驅動信號，送入 IPM。工作時，考慮到電壓會下降，設下降值約為 10%，則有： ?? ?? 247。圖中電阻是為工作時平衡電容電壓、開機和停機時減小沖擊電壓和停機后消耗電容儲存電荷而設置的 ,一般取電阻為 50k? ,5～ 10W。 3 4 8 78 (35) 247。一般取濾波器的截止頻率 0)5~3( ffc ? ,為了避免對某次諧波過度放大 ,取 4 5 4 54 8 (34) 對電感 L和電容 C 的取值按以下方法 :根據逆變器的輸出功率和輸出電壓求得負載阻抗 ???? , 濾波器的標稱特性阻抗R=(～ )RL,取 ????? LRR ,則 247。整流后電壓脈動頻率為 f(三相全橋整流 f=300Hz),周期 T=1/f,則濾波電解電容的電容量為 :C=(3～ 5)T/R。隨著負載的加重 Ud 在 ～ 之間。 濾波電路采用電容濾波，將