【正文】 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(fù)載位移因數(shù) 角 ? 有關(guān)系數(shù)； 本文根據(jù)工程上直接選取電容的經(jīng)驗(yàn)，直接選取的容量為 1000uF 的電容。 交流回路斷路器選擇 高壓斷路器是系統(tǒng)中最重要的開(kāi)關(guān)設(shè)備，它既可以在正常情況下接通或斷開(kāi)電路，又可在系統(tǒng)故障情況下自動(dòng)斷開(kāi)電路。在斷開(kāi)電路時(shí)會(huì)在斷口處產(chǎn)生電弧，因此斷路器都設(shè)有專(zhuān)門(mén)的滅弧裝置。 鑒于此 ，因此它 的選擇對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是相當(dāng)重要的。 斷路器的種類(lèi)很多，按滅弧介質(zhì)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(hù)內(nèi)和戶(hù)外。本文中考慮到系統(tǒng)電壓為 10KV，以及電流為 ，經(jīng)過(guò)查詢(xún)，選擇的斷路器型號(hào)為： DW10II/30 型戶(hù)外高壓多油斷路器。 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 新型功率開(kāi)關(guān)器件 IGBT 由于兼有功率三極管和場(chǎng)效應(yīng)管的優(yōu)點(diǎn)，即通流能力強(qiáng)且開(kāi)關(guān)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(shù)中 獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)電路是主 電路與控制器之間的紐帶，采用一個(gè)性能良好的驅(qū)動(dòng)電路，可使 IGBT 工作在比較理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，減小開(kāi)關(guān)損耗，對(duì)提高整個(gè)裝置的運(yùn)行效率，可靠性和安全性都有重要的意義。本設(shè)計(jì)中采用的 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路如圖32所示： 圖 42 驅(qū)動(dòng)電路圖 由 DSP微處理器中發(fā)出的六相脈沖信號(hào)，先通過(guò)光耦隔離，然后經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)板 SKHI10/17,之后送到 SVG中。選用高速光耦 6N137，是為了提高控制信號(hào)的傳輸速度。該光耦器件高、低壓電平傳輸延遲時(shí)間短，典型值僅為 48ns,因而在傳輸速度上完全能滿(mǎn)足要求 。此外， 6N137 還有一個(gè)控制端，通過(guò)對(duì)該端的控制，可使光耦輸出端呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。 驅(qū)動(dòng)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。驅(qū)動(dòng)板左端口 2 和右端口 2 之間是相互隔離的。端口 8 和端口 9接 15V，端口 10 接地，端口 11和 6N137 相連接。 控制電路設(shè)計(jì) 基于 DSP 處理器的控制圖 DSP 需要接晶振電路、復(fù)位電路等各種電路，各個(gè)電源接口都要接 的電源，要有SKH I 10 / 176 N 137+ 15 V3287553218291011PWM脈沖IGBTGCE+ 3 . 3 V安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 ADCIN 輸入口來(lái)接受數(shù)據(jù)，有 XINT 讓 DSP 輸出信號(hào)，以便通過(guò)驅(qū)動(dòng) 板來(lái)控制 IGBT，最重要的是本論文設(shè)計(jì)中需要用到兩個(gè) DSP 處理器，而這兩個(gè) DSP處理器之間也需要進(jìn)行連接，因此，還必須引出一個(gè) A/D 和 D/A 接口，是這兩個(gè) DSP 能夠連接起來(lái)，使其可以由一個(gè) DSP 將數(shù)據(jù)能夠順利的送到另一個(gè) DSP。本論文設(shè)計(jì)中采用的 DSP 型號(hào)是TMS320LF2407。 DSP 處理器的控制電路如 圖 43： 圖 43 基于 DSP 處理器的控制電路圖 TMS320LF2407DSP 處理器結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面： CMOS 技術(shù)，使得供電電壓降 為 ,減少了控制器的功耗。 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(shí)際控制能力。 32K 字的 FLASH 程序存儲(chǔ)器，高達(dá) 字的數(shù)據(jù) /程序 RAM， 544 字的雙口 RAM(DARAM)和 2K字的單口 RAM(SARAM)。 EVA 和 EVB，每個(gè)包括：兩個(gè) 16 位通用定時(shí)器； 8個(gè) 16 位的脈寬調(diào)制 (PWM)通道。它們能夠?qū)崿F(xiàn)：三相反相控制； PWM的對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)波形； 3個(gè)捕獲單元；片內(nèi)光電編碼接口電路； 16通道 A/D 轉(zhuǎn)換器控制。 192K字； 64K 字程序存儲(chǔ)器； 64K 字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 4K 字 I/O尋址空間。 （ WDT）。 10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)的轉(zhuǎn)換時(shí)間 500ns,提供多達(dá) 16位的模擬輸入，具有自動(dòng)排列功能，可以同時(shí)采集最多 16 路的模擬信號(hào)，克服了其他單片機(jī)不能同時(shí)采集多路信號(hào)的缺點(diǎn)。 （ CAN）模塊。 （ SCI）。是指能與系統(tǒng)中的其他控制器進(jìn)行異步通信（ RS232）。 位的串行外設(shè)接口模塊。 40 多個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的輸入 /輸出引腳（ GPIO）。方便擴(kuò)展外設(shè)，滿(mǎn)足多數(shù)擴(kuò)展對(duì)象的輸入輸出要求。 同時(shí) TMS320LF2407DSP 處理器還具有一些特別使用與進(jìn)行大量信號(hào)處理的特點(diǎn)： ：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址；取值和執(zhí)行重疊進(jìn)行；結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，+ 3 . 3 V+ 3 . 3 V+ 3 . 3 VXI N T 1……XI N T 6Vc cGN DXT AL 1VocaVdd 1Vdd 2AD C I N 0AD C I N 1AD C I N 2AD C I N 3AD C I N 4AD C I N 5AD C I N 6Vs sVs s aVs s oRSDS PTMS 320 LF 2407 PEG安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 高速緩存，高速并行，大大提高了運(yùn)算速度。 ：乘法是 DSP的重要組成部分。乘法的速度越快， DSP 處理器的性能就能越高。它能實(shí)現(xiàn)單指令乘法運(yùn)算和變址運(yùn)算。 指令： DSP 芯片采用特殊的指令。它將多條指令進(jìn)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(gè)指令周期內(nèi)執(zhí)行多條指令，提高了處理器的速度。 ：四級(jí)流水線并行處理；取值、譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行同時(shí)進(jìn)行。 。因?yàn)轭l譜分析的基礎(chǔ)是 FFT，從而加快了頻譜分析的過(guò)程。 綜合這幾個(gè)方面的原因，采用 TMS320LF2407 做主控制器，既能滿(mǎn)足作為控制器的功能，突出技術(shù)能力又能快速準(zhǔn)確的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理計(jì)算，滿(mǎn)足吸引的要求。 TMS320 系列 DSP 芯片中主要有存儲(chǔ)器模塊、系統(tǒng)接口模塊、時(shí)鐘模塊、數(shù)字輸入 /輸出模塊、串行通信接口 SCI 模塊、串 行外設(shè)接口 SPI 模塊、即事件管理模塊 EV等。 1）存儲(chǔ)器 TMS320 系列 DSP 的存儲(chǔ)器分為 4個(gè)單獨(dú)的可選擇的空間： 64K 字的程序空間、 64K 字的本地?cái)?shù)據(jù)空間、 32K字的全局?jǐn)?shù)據(jù)空間和 64K字的 I/O 空間。這些空間構(gòu)成了 244K 字的地址范圍。其中，全局?jǐn)?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。 64K字的 I/O 空間用于外設(shè)接口和部分片內(nèi)外設(shè)。在內(nèi)部包含有有助于提高性能的集中度的大量片內(nèi)存儲(chǔ)器以及可用于外部存儲(chǔ)器和 I/O器件的寬范圍地址。其提供的外部存儲(chǔ)器，提供了訪問(wèn)存儲(chǔ)器的能力，可以擴(kuò)展 DSP 的存 儲(chǔ)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(shè)提供支持的一個(gè)接口。該外設(shè)接口通過(guò)一條外設(shè)總線溝通 CPU 與外設(shè)的聯(lián)系，絕大多數(shù)片內(nèi)外設(shè)都與該總線相連接。外設(shè)總線最多可連接 16 個(gè)片內(nèi)外設(shè)，其工作頻率比 CPU 數(shù)據(jù)總線頻率低。另外，在此系列 DSP的系統(tǒng)模塊中，有一些系統(tǒng)配置寄存器，用戶(hù)可以對(duì)這些寄存器編程來(lái)改變系統(tǒng)的一些功能。 3）時(shí)鐘模塊 DSP 的時(shí)鐘模塊為整個(gè)器件提供各種時(shí)鐘頻率，該模塊有 3個(gè)引腳： OSCBYP 用來(lái)選擇內(nèi)部振蕩器是否被旁路，以及 XTAL1/CLKIN 和 XTAL2。它可以產(chǎn)生 3 個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。 4）中斷模塊 DSP 中斷分為軟件軟件中斷和硬件中斷。 DSP 內(nèi)部 CPU 中斷邏輯電路主要管理有兩個(gè)中斷模塊：系統(tǒng)中斷模塊和事件管理模塊中斷模塊。 5）數(shù)字輸入 /輸出模塊 數(shù)字 I/O 是微處理器和外部設(shè)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。 6） A/D轉(zhuǎn)換 (ADC)模塊 該模塊功能如下： ①可以同時(shí)采樣和轉(zhuǎn)換 2路模塊輸入（每個(gè) ADC 單元各一個(gè)）； ②兩個(gè) ADC 可以由軟件指令、器件 ADCSOS 引腳電平跳變、每個(gè)通用定時(shí)器的下溢，周期匹配和比較匹配時(shí) 間和捕獲單元 4來(lái)啟動(dòng) ADC 操作； ③ ADC 控制寄存器的某些位是具有映像寄存器的雙擊緩沖位，但這些位的寫(xiě)不影響正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換； ④轉(zhuǎn)換結(jié)束后，中斷標(biāo)志被置位； ⑤若第三次轉(zhuǎn)換完成時(shí)， CPU 還未續(xù) FIFO,則會(huì)丟失第一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shí)現(xiàn)半雙工通信及多機(jī)之間的通信。為 DSP與其它計(jì)算機(jī)或設(shè)備之間進(jìn)行異步串行通信提供方便。但為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性， SCI 對(duì)接收的數(shù)據(jù)要進(jìn)行測(cè)試。 8）串行外設(shè)接口（ SPI）模塊 該模塊是一個(gè)可編程高速同步串行片內(nèi)接口， 提供了一個(gè)高速同步串行總線，實(shí)現(xiàn)與帶有 SPI接口芯片的連接。 DSPP 控制器提供 SPI接口為工程應(yīng)用系統(tǒng)帶來(lái)了便利。 9）事件管理模塊 該模塊包含 3個(gè)通用定時(shí)器、 3個(gè)具有死去功能的全比較單元、 3個(gè)簡(jiǎn)單比較單元、 PWM發(fā)生器、 4 個(gè)捕獲單元、 2 個(gè)正交編碼器脈沖電路及中斷邏輯等。以上功能部件使它特別適用于運(yùn)動(dòng)控制和電機(jī)控制。 以上是對(duì) DSP芯片的簡(jiǎn)單介紹，在科技發(fā)達(dá)的當(dāng)今世界， DSP 的應(yīng)用日益廣泛，其功能也越來(lái)越強(qiáng)大。我們只有熟練掌握它的性能及其基本知識(shí)才能更好地應(yīng)用它。 程序模塊組成 本系統(tǒng)的軟件部分 分為主程序、初始化主程序、定時(shí)器 T3 下溢中斷服務(wù)子程序、外中斷 1服務(wù)子程序、軟件鎖相環(huán)程序、電壓環(huán)調(diào)節(jié)器程序、正弦波脈寬調(diào)制（ SPWM）程序等模塊。 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。主程序完成系統(tǒng)初始化工作，包括相關(guān)寄存器的配置和個(gè)變量的初始化。初始化程序是主程序的一個(gè)子程序，對(duì)外中斷控制寄存器，定時(shí)器中斷控制寄存器， PWM 控制寄存器， ,I/O 端口等進(jìn)行設(shè)置。 2）定時(shí)器 T3下溢中斷服務(wù)子程序 定時(shí)器 T3 下溢中斷服務(wù)子程序流程圖如 48 所示。每到一個(gè)采 樣周期中斷一次，采樣序數(shù)加 1。運(yùn)行一次電壓環(huán)調(diào)解程序和 SPWM 程序。如果采樣程序遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一個(gè)工頻周期的采樣次數(shù) ，說(shuō)明沒(méi)有外中斷信號(hào)，整流器已經(jīng)停止工作，需要停止調(diào)制。 3）外中斷 1服務(wù)子程序 外中斷 1 服務(wù)子程序流程圖如 49 所示。電網(wǎng)電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生外中斷信號(hào)，在得到確認(rèn)后判斷采樣序數(shù)是否為 0，如果是，說(shuō)明整流器剛開(kāi)始工作，運(yùn)行一次電壓環(huán)調(diào)解程序和 SPWM 程序；如果不是 0，說(shuō)明是前一個(gè)周期的采樣次數(shù)，執(zhí)行軟件鎖相環(huán)程序，調(diào)節(jié)調(diào)制程序。最后將采樣序數(shù)重置為 0。 4）軟件鎖相環(huán)程序 在對(duì) PWM整流器的 控制過(guò)程中，最重要的問(wèn)題是必須是需要調(diào)制的交流側(cè)電壓與電網(wǎng)電壓保持同步。在電路系統(tǒng)中，這種同步功能需要鎖相環(huán)電路實(shí)現(xiàn)。為了節(jié)省硬件電路，本設(shè)計(jì)利用 DSP的功能，通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制電壓和電網(wǎng)電壓的同步，因此可將其稱(chēng)為軟件鎖相環(huán)。 軟件實(shí)現(xiàn)鎖相的基本思想如下： 設(shè)置一個(gè)變量存放序數(shù)，每一個(gè)采樣周期結(jié)束時(shí)，采樣序數(shù)都加 1。 當(dāng)電網(wǎng)電壓一個(gè)周期結(jié)束時(shí)，統(tǒng)計(jì)采樣序數(shù)的值，即一個(gè)電壓周期的采樣序數(shù)。期望的采樣次數(shù)為電壓周期與調(diào)制周期的比值 N。 調(diào)制周期應(yīng)增加（或減少）多少呢？如何準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)調(diào)制周期？通過(guò)理論分析編程 反復(fù)調(diào)試，給出調(diào)試周期的調(diào)節(jié)算法如下： 可根據(jù)下式計(jì)算本次同步中斷子程序中已設(shè)置的采樣周期時(shí)間常數(shù) (46) ? ?? ? NTTNnTT ySSB ????安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 公式中 : ST 上一次同步中斷子程序中設(shè)置的采樣周期時(shí)間常數(shù)； ynT 本次同步中斷子程序中首先讀取的定時(shí)器剩余的時(shí)間常數(shù)； n本次同步中斷讀取的上一個(gè)工頻周期的采樣次數(shù)； N設(shè)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(jiàn)軟件鎖相環(huán)程序并不復(fù)雜，但卻非常實(shí)用，解決了電壓同步這個(gè)重要問(wèn)題。具有處理靈活的優(yōu)點(diǎn)，拜托了負(fù)載的硬件設(shè)計(jì)。 5）電壓環(huán)調(diào)節(jié)器程序 此程序?qū)崿F(xiàn)電壓環(huán)控制。首先采用三相電壓幅值和直流側(cè)電壓，讀取 A/D 采樣值。然后計(jì)算直流電壓的偏差 E 和偏差率 EC，進(jìn)行模糊化，對(duì)電壓環(huán) PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行自整定，接著進(jìn)行 PI 運(yùn)算，輸出交流側(cè)電流的有功和無(wú)功分量給定值。 最后計(jì)算出需要調(diào)制的 交流側(cè)電壓在兩相靜止坐標(biāo)系中的分量。程序流程圖如圖 411所示。 6）正弦波脈寬調(diào)制（ SPWM）程序 在計(jì)算出需要調(diào)制的交流側(cè)電壓在兩相靜止坐標(biāo)系中的分量 pdu ， pqu 后，算出需要調(diào)整的交流側(cè)三相電壓 pau ， pbu ， pcu ，接下來(lái)可以通過(guò) TMS320LF2407 的 PWM電路進(jìn)行調(diào)制。首先必須算出 pau ， pbu ， pcu 在一個(gè)調(diào)制周期中的占空比 ad ， bd ， cd 。 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用雙極性 SPWM,根據(jù)其基本概念，可得