【導(dǎo)讀】由于風(fēng)的不穩(wěn)定性和風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷增大，使風(fēng)力發(fā)電。定性提出了更高的要求。很大的作用，所以有必要對(duì)控制系統(tǒng)和控制過(guò)程進(jìn)行分析。采用了數(shù)字電路單片機(jī)，來(lái)做鎖相環(huán)控制SA866輸出的SPWM波頻率穩(wěn)定，使逆變電路輸出的電壓與電網(wǎng)同頻同相，達(dá)到并網(wǎng)的目的。

　　

【正文】 的電壓升高，產(chǎn)生過(guò)壓。過(guò)電壓的值由下式得出： 220 /M d d dU U U L I C U U? ? ? ? ? ? (35) 18 式中 U? 一一過(guò)電壓的值 (V) MU 一一電壓的峰值 (V) dU 一一電源電壓 (V) L 一一回路的雜散電感 (tt) OI 一一回路關(guān)斷前的電流 (A) C 一一 吸收電容器的電容量 (F) 式 (35)中的 dU 、0I由電路的運(yùn)行條件決定，故影響電壓的主要因素 是回 路的雜散電感 L。當(dāng)回路的雜散電感 L較大時(shí)，為了抑制過(guò)電壓只有增加吸收電 容器的電容量這個(gè)辦法。增加吸收電容器的電容量會(huì)導(dǎo)致吸收回路的損耗加 大， 效率降低，故盡量減小回路雜散電感是抑制換相過(guò)電壓的最佳方法。我們?cè)?實(shí)際 操作中選用的是 RC吸收器，這種吸收器比較簡(jiǎn)單，但 缺點(diǎn)是電阻的損耗較大 的開關(guān)損耗。其 工作軌跡接近安全工作區(qū)的邊沿，使 IGBT產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗，由于本系統(tǒng)較小，頻率也不是很高，所以可以滿足系統(tǒng)要求。R值通常取 5～ 30Q， R值 過(guò)大 吸收效果會(huì)變差，過(guò)小會(huì)產(chǎn)生較大的放電電流對(duì)IGBT開通不利。電阻 R的功率為 20 2( / 2 / 2)RP f L I CU?? (36) 由式 (36)可見，隨著工作頻率的增加，電阻的功率與 f成正比。 三相逆變器的工作原理 三相交流負(fù)載需要三相逆變器，三相 逆變器有兩種電路結(jié)構(gòu)，其一為由三個(gè)單相逆變器組成一個(gè)三相逆變器，每個(gè)單相逆變器可以是半橋式、也可以是全橋式電路。采用這種結(jié)構(gòu)的三相逆變電路所用元器件比較多，適用于高壓大容量的逆變器。通常使用更多的是如圖 36所示的三相橋式逆變電路。當(dāng) T1導(dǎo)通時(shí)，節(jié)點(diǎn) A接于直流電源正端， VAO=VD／ 2；當(dāng) T4導(dǎo)通時(shí)，節(jié)點(diǎn) A接于直流電源負(fù)端， VAO=VD／ 2。同理， B和 C點(diǎn)也是根據(jù)上下管導(dǎo)通情況 19 決定其電位的。按圖 26中依序標(biāo)號(hào)的開關(guān)器件其驅(qū)動(dòng)信號(hào)彼此間相差 60。 若每個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)持續(xù) 180。，則任何時(shí)刻都有三個(gè)開關(guān)管 導(dǎo)通，并按 3， 4， 5， 6， 1， 2的順序?qū)?。從而得到輸出的線電壓為： VAB=VAOVBO； VBC=VBOVCO； VCA=VCOVAO； 其基波分量彼此之間相差 120186。 UAUBUCH O 1L O 1H O 2L O 2H O 3L O 3C 1 6 7 C 1 6 8 C 1 6 9C 1 7 0 C 1 7 1 C 1 7 2T1 T3 T5T6T2T4+1 / 2 V D+1 / 2 V DO 圖 36 三相逆變器主電路 但這種逆變器每個(gè)開關(guān)器件在一個(gè)開關(guān)周期中僅通、斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換一次，輸出線電壓每半周中僅一個(gè)脈波電壓 (120186。方波 )，相電壓為階梯波，逆變器輸出電壓中的基波僅取決于直流電壓 VO的大小而不能調(diào)節(jié)控制，最低諧波階次為 5，且諧波含量大。 。 對(duì)于三相逆變 器也可以采用 SPWM控制方式。在輸出電壓的每一個(gè)周期中，各開關(guān)器件通、斷轉(zhuǎn)換多次，既可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)、控制輸出電壓的大小，又可消除低次諧波而改善輸出電壓波形。通常采用三相調(diào)制參考正弦波電壓與三角載波相比較產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)去控制六個(gè)全控開關(guān)器件，從而控制逆變器輸出的三相交流電壓的瞬時(shí)值。 20 第 4 章 控制電路的實(shí)現(xiàn) 三相 SPWM發(fā)生器是變頻器的核心部分，它的性能好壞，直接關(guān)系到整個(gè)變 頻器的工作狀況。在本系統(tǒng)中，我們選用了英國(guó) MITEL公司的 SA866芯片作為波形發(fā)生器，實(shí)踐證明這塊芯片性能良好，工作一直比較穩(wěn)定。 三相 SPWM 發(fā)生器 SA866AE 簡(jiǎn)介 功能特點(diǎn) SA866是專為 產(chǎn)生 SPWM設(shè)計(jì)的一款集成電路。它除了能產(chǎn)生合乎要求的SPWM脈沖外，還集成了完備的過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)功能，并可在緊急情況如短路、過(guò)熱時(shí)快速關(guān)斷 PWM脈沖，保護(hù)逆變器和電機(jī)。它的最大特點(diǎn)是可以獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)需微處理器。它的輸出頻率以及加速減速的快慢都可由外接電位器在線連續(xù)調(diào)節(jié)。所有需定義的參數(shù)如載波頻率、死區(qū)時(shí)間、最小脈寬、調(diào)制波形、 V／ F曲線 。 等均存儲(chǔ)在外接的串行 EEPROM中，上電時(shí)自動(dòng)讀入 SA866中。 SA866有 6種工作模式，它 可以變頻變幅，也可以定頻變幅；可以獨(dú)立運(yùn)行，也可與微處理器配合使用，基本做到了低價(jià)格多功能，在許多逆變領(lǐng)域均可采用。它采用雙緣調(diào)制技術(shù)，脈沖產(chǎn)生精確，它的工作頻率范圍很寬，時(shí)鐘頻率為 25MHz時(shí)，載波頻率可達(dá) 24kHz，輸出頻率可達(dá) 4kHz。它還可以提供兩種 V／ F曲線：恒轉(zhuǎn)矩的 V／ F線和負(fù)補(bǔ)償?shù)?v／ F線，后者即針對(duì)風(fēng)機(jī)類負(fù)載而設(shè)。 管腳說(shuō)明 采用 PLCC封裝，共有三十二個(gè)管腳，管腳圖如圖 41所示。 VDDD1RPHT2RPHB3YPHT4N /C5N /C6Y P H B7S D A8S C L9CS10S E R I A L11R D E C12O S C /C L K13RACC14IMON15VMON16VSSA17VDDA18PAGE119SETPOINT20V R E F I N21P A G E 022V S S A D C23R E S E T24D IR25T R I P26B P H B27B P H T28S E T T R IP29XTAL230XTAL131VSSD32s a 8 6 6 圖 41 SA866管腳圖 21 (1)對(duì)外串行接口 SDA、 SCL、 CS 為 SA866與 EEPROM或微處理器的串行接口， SDA為數(shù)據(jù)總線， SCL為時(shí)鐘信號(hào)， CS為片選信號(hào)。 (2)工作狀態(tài)選擇 SERIAL 決定與 SA866連接的是 EEPROM還是微處理器，高電平表示與 EEPROM連接， PAGE0、 PAGEI決定采用的是 EEPROM中的哪一頁(yè)參數(shù)。 (3)控制及輸出 SETPOINT 決定穩(wěn)定運(yùn)行頻率， RACC、 RDEC決定加速減速的快慢，也可用來(lái)選擇 6種工作模式中的一種。 RPHT、 RPHB、 YPHT、 YPHB、 BPHT、 BPHT為三相PWM脈沖輸出端，可直接驅(qū)動(dòng)光耦。 DIR控制三相順序，高電平表示正向 旋轉(zhuǎn)。 (4)保護(hù) VMON、 IMON VMON為過(guò)電壓信號(hào)輸入端，減速過(guò)程中此端電平若大于 2． 5V，就起動(dòng)過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作，將輸出頻率固定在當(dāng)前值。 IMON為過(guò)流信號(hào)輸入端，升速過(guò)程中端電平若大于 2． 5V，內(nèi)部過(guò)流保護(hù)就動(dòng)作，不再繼續(xù)升速，直到過(guò)流信號(hào)消失才繼續(xù)升速。 SETTRIP為緊急停機(jī)信號(hào)，可快速禁止 PWM脈沖輸出，TRIP端表示輸出禁止?fàn)顟B(tài)，低電平有效，該信號(hào)只有在復(fù)位信號(hào)下才能被解除。 (5)電源 DDDV 為數(shù)字電源， DDAV 為模擬電源， SSADCV 是 A／ D轉(zhuǎn)換電源，均接同一個(gè) +5V電源， SDV SAV 分別是數(shù)字地及模擬地，REFINV是 A／ D轉(zhuǎn)換參考電壓，為 +。 SA866 的控制方式 所有可編程參數(shù)都存儲(chǔ)在 EEPROM中，并在 RESET信號(hào)后自動(dòng)裝入 SA866中。一片 EEPROM可同時(shí)存放四頁(yè)參數(shù) (接線方式如圖 42)，改變 PAGE0、 PAGEl兩腳的電平就可決定采用哪一頁(yè)參數(shù)，如表 41所示。 表 41 EEPROM頁(yè)地址 22 VDDD1RPHT2RPHB3YPHT4N / C5N / C6Y P H B7S D A8S C L9CS10S E R I A L11R D E C12O S C / C L K13RACC14IMON15VMON16VSSA17VDDA18PAGE119SETPOINT20V R E F I N21P A G E 022V S S A D C23R E S E T24D I R25T R I P26B P H B27B P H T28S E T T R I P29XTAL230XTAL131VSSD32CS1SK2DI3DO4V C C8DC7O R G6G N D5Y P H BO U Ts a 8 6 69 3 c 0 6+5 圖 42 串行 EEPROM的接口方式 PAGEO和 PAGEl內(nèi)部都有上拉電阻，如果兩個(gè)都懸空，則選定第 3頁(yè)存儲(chǔ)，前兩位 XX代表 93C06的兩個(gè)操作碼的 LSB，或是 6位 93C46的兩個(gè) MSB(0O)，他們始終是 0。 (注意：如果采有 1024位的 93C46，實(shí)際只用低 256位，其余的不編程。 ) RESET上升沿到來(lái)之后， CS信號(hào)為高，選定 EEPROM， SA866AE驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào) (SCL)控制其與 EEPROM的輸入／輸出時(shí)種字。在 SCL的下降沿到來(lái)后，SA866A肌步輸出 EEPROM的控制字 (在隨后的上升鎖存入 EEPROM)，再次 SCL的上升沿到來(lái)后， EEPROM同步輸出地進(jìn)制工作，參數(shù)的真位，在時(shí)這種的下降沿鎖存入 SA866AE。 鎖相環(huán)控制 鎖相環(huán)只要是用于鎖定頻率，因?yàn)閲?guó)內(nèi)的電網(wǎng)頻率是采用 50HZ，所以同步電動(dòng)機(jī)發(fā)出的電，經(jīng)過(guò)逆變之后的輸出的頻率通過(guò)單片機(jī)鎖相，使 SA866產(chǎn)生50HZ的 SPWM,經(jīng)過(guò)隔離放大來(lái)驅(qū)動(dòng)六路 IGBT，輸出經(jīng)過(guò)低通產(chǎn)生 50HZ的正弦波，從而與電網(wǎng)頻率匹 配。 ATMEG8 單片機(jī)的簡(jiǎn)介 該芯片 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算 數(shù)邏輯 單元 (ALU) 相連接 ， 使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CISC微控制器最高至 10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。 ATmega8有如下特點(diǎn) :8K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash( 具有同時(shí)讀寫的能力，即 RW)， 512字節(jié) EEPROM， 1K字節(jié) 23 SRAM， 32個(gè)通用 I/O口線， 32個(gè)通用工作寄存器，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (T/C)， 片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，面向字節(jié)的兩線串行接口 ， 10位 6路 (8路為 TQFP與 MLF 封裝 )ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè) SPI 串行端口，以及五種可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。工作于空閑模式時(shí) CPU 停止工作，而 SRAM、 T/C、 SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器 繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài) ； ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止 CPU和除了異步定時(shí)器與 ADC以外所有 I/O模塊的工作，以降低 ADC轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪聲； Standby模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)能力。 ATmega8 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具 ， 包括 ： C語(yǔ)言編譯器、宏匯編、程序調(diào)試器 /軟件仿真器、仿真器及評(píng)估板 ， 引腳說(shuō)明 如圖 43。 P B 01P B 12P B 23P B 34P B 45P B 56P B 67P B 78R ES ET9V C C10G ND11X TA L212X TA L113P D 014P D 115P D 216P D 317P D 418P D 519P D 620P A 040P A 139P A 238P A 337P A 436P A 535P A 634P A 733A R E F32G ND31A VC C30P C 729P C 628P C 527P C 426P C 325P C 224P C 123P C 022P D 721A TM E GA 8 圖 43 Atmega8 VCC 數(shù)字電路的電源 ,GND 地。端口 B(