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正文內(nèi)容

一種全數(shù)字串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的硬件設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2024-08-26 00:14 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 電壓和電流均為正弦波時(shí),p、q均為常數(shù),且其值和按傳統(tǒng)理論算出的有功功率P和無功功率Q完全相同。 傳統(tǒng)理論中的有功功率、無功功率等都是在平均值基礎(chǔ)或相量的意義上定義的,它們只適用于電壓電流均為正弦波時(shí)的情況。而瞬時(shí)無功功率理論中的概念都是在瞬時(shí)值的基礎(chǔ)上定義的,它不僅適用于正弦波,也適用于非正弦和任何過渡過程的情況。從以上各定義可以看出,瞬時(shí)無功功率理論中的概念在形式上和傳統(tǒng)理論非常相似,可以看成傳統(tǒng)理論的推廣和延伸。3控制電路設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的核心??刂齐娐凡捎靡訢SP為核心的全數(shù)字化方案,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示,它包括三塊控制電路板:信號(hào)采集板(簡稱A/D板)、數(shù)字控制板(簡稱DSP板)和驅(qū)動(dòng)板。圖3串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的控制系統(tǒng)示意圖A/D板主要實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的預(yù)濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。需采集的信號(hào)為電網(wǎng)電壓u 、負(fù)載電壓u 和電網(wǎng)電流i ,分別經(jīng)相應(yīng)的隔離和信號(hào)調(diào)理電路調(diào)理后進(jìn)入各自的A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)果送入DSP板。DSP板以DSP芯片為核心,由擴(kuò)展存儲(chǔ)器、鎖相環(huán)(Phase Lock Loop—PLL)和復(fù)雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Device—CPLD)構(gòu)成。DSP芯片采用TI公司推出的TMS320LF2407A,它采用三級(jí)流水線工作方式,具有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)和高速的數(shù)據(jù)處理功能,并且含有豐富的外接I/O端口、片內(nèi)集成外圍設(shè)備和專用的脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation—PWM)生成單元和捕獲單元,因此控制性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的16位微控制器,可以滿足電能質(zhì)量控制中實(shí)時(shí)運(yùn)算的要求。重要數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)由系統(tǒng)外擴(kuò)一片存儲(chǔ)器CY7C1021芯片來完成。鎖相環(huán)電路可以獲取a相電源電壓的相位,用于諧波檢測(cè)算法。控制系統(tǒng)的譯碼電路采用CPLD實(shí)現(xiàn),用于協(xié)調(diào)各模塊之間的邏輯關(guān)系??刂泼}沖通過空間矢量算法產(chǎn)生。最后由驅(qū)動(dòng)板將DSP板生成的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換為能有效驅(qū)動(dòng)IPM的脈沖信號(hào)。4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器所采用的主電路應(yīng)能產(chǎn)生三相可控電壓,對(duì)外相當(dāng)于三相可控電壓源。經(jīng)常采用的主電路結(jié)構(gòu)有兩類:一個(gè)三相逆變橋或三個(gè)單相逆變橋。本文主電路采用一個(gè)三相逆變橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)如圖41所示。圖41串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的主電路結(jié)構(gòu)主電路包括電力電子器件、直流側(cè)電容、輸出濾波電路、變壓器等幾部分。在設(shè)計(jì)之前,首先根據(jù)電網(wǎng)和負(fù)載的工況,確定串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的額定工作條件如下:電源電壓 :380V負(fù)載功率 : kVA(根據(jù)負(fù)載的參數(shù)確定)主電路電流 : 10A串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的額定容量:2 kVA針對(duì)三相對(duì)稱系統(tǒng)的應(yīng)用,本文主電路的參數(shù)設(shè)計(jì),主要以單相電路進(jìn)行分析的。單相系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖42。圖42 串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器的單相系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1)功率器件的選取為簡化設(shè)計(jì),功率器件選用智能功率模塊(Intelligent Power Module,簡稱IPM)模塊。IPM是采用微電子技術(shù)和先進(jìn)的制造工藝,把智能功率集成電路與微電子器件及外圍功率器件組裝成一體,能實(shí)現(xiàn)智能功率控制的商品化部件。模塊大多采用密封式結(jié)構(gòu),以保證良好的電氣絕緣和抗震性能。用戶只須了解模塊的外特性即可使用。因此,采用IPM可以簡化設(shè)計(jì)工作,縮短系統(tǒng)的研制周期。模塊內(nèi)部主要包括欠壓保護(hù)電路、驅(qū)動(dòng)IGBT的電路、過流保護(hù)電路、短路保護(hù)電路、溫度傳感器及過熱保護(hù)電路、門電路和IGBT[12]。本文實(shí)驗(yàn)裝置采用三相的IPM模塊7MBP75RA1200。其耐壓為1200V, 電流為75A。2)變壓器的設(shè)計(jì)從電路拓?fù)渖峡矗儔浩髟O(shè)計(jì)主要是選擇變壓器的變比以及額定工作時(shí)的電壓、電流、容量等參數(shù)。由于變壓器串聯(lián)在電源和負(fù)載之間,因此其主電路一側(cè)電流的額定值和負(fù)載額定值一樣。當(dāng)橋式整流負(fù)載工作在額定情況時(shí),其直流側(cè)電壓uLd為540V。所以變壓器主電路一側(cè)的額定電壓峰值為負(fù)載相電壓峰值: 21)當(dāng)選擇直流側(cè)電容電壓uDC為700V時(shí),串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器主電路中變流器能夠輸出的最大電壓的峰值為 (22)考慮到損耗及裕量,選擇變壓器的變比為n=1。因此,可知變壓器主電路一側(cè)的有效值為: (23)綜上,本文最后確定的變壓器的額定電壓為90V,額定電流為5A。變壓器應(yīng)能滿足1kHz以下正常工作的要求。3)輸出濾波電路設(shè)計(jì)功率電路的輸出是頻率很高的方波,需要將其開關(guān)頻率的分量濾除后才能接到變壓器上。濾波電路設(shè)計(jì)的原則是能恰好濾除開關(guān)頻率的分量,保留輸出所需要的諧波分量。濾波環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為: (31) 其諧振頻率為: (32) 本文開關(guān)頻率為固定的20kHz,要求串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器能補(bǔ)償20次以內(nèi)的諧波,即能無失真地輸出1kHz以下的補(bǔ)償電壓。根據(jù)濾波環(huán)節(jié)的波特圖,綜合考慮開關(guān)頻率的濾波效果、輸出頻率和最小的諧振幅度,確定濾波參數(shù)為L=、C=20μF、R=2 Ω。此時(shí),
點(diǎn)擊復(fù)制文檔內(nèi)容
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