【正文】 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 。程序流程圖如圖 411所示。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。 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。 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。 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)。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，因此可將其稱為軟件鎖相環(huán)。 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。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。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。每到一個(gè)采 樣周期中斷一次，采樣序數(shù)加 1。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。 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。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。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。 DSPP 控制器提供 SPI接口為工程應(yīng)用系統(tǒng)帶來(lái)了便利。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。 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。 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。 4）中斷模塊 DSP 中斷分為軟件軟件中斷和硬件中斷。 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。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。 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。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。 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。 綜合這幾個(gè)方面的原因，采用 TMS320LF2407 做主控制器，既能滿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，滿足吸引的要求。 。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。它能實(shí)現(xiàn)單指令乘法運(yùn)算和變址運(yùn)算。 ：乘法是 DSP的重要組成部分。方便擴(kuò)展外設(shè)，滿足多數(shù)擴(kuò)展對(duì)象的輸入輸出要求。 位的串行外設(shè)接口模塊。 （ SCI）。 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)。 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。 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。 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。本論文設(shè)計(jì)中采用的 DSP 型號(hào)是TMS320LF2407。端口 8 和端口 9接 15V，端口 10 接地，端口 11和 6N137 相連接。 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。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足要求 。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。 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。 斷路器的種類很多，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；按安裝成所分戶內(nèi)和戶外。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)有專門(mén)的滅弧裝置。通過(guò)查找資料，直流側(cè)的電容容值主要取決于直流電壓的脈動(dòng)大小，根據(jù)工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)有如下計(jì)算公式： (45) dabUUm 2?VUEUU aapad 6 86 6 ????????????????????????????? 43c o s1%5322??mIfUKLnsdn o s1% 1 0 0 2 ????????? ???????? ???????? ??? ?? mHwIULmd 1000232 ?????? ??? ??? KfUICdfm in?安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 式中： fI 為逆變器的額定輸出電流方均根值； dU 為直流電壓的平均值； minF 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。但現(xiàn)實(shí)中沒(méi)有無(wú)限大的電容。在額定容量下，流入直流側(cè)電流峰值與 SVG 輸出的電流峰值相等。測(cè)試直流側(cè)只需很小的電容量用于保持功率器件的正常工作即可。 2． 直流側(cè)電容的設(shè)計(jì) 根據(jù)三相瞬時(shí)無(wú)功功率的理論，理想情況下三相電路總的瞬時(shí)功率為各瞬 時(shí)有功功率之和，而總的瞬時(shí)無(wú)功功率之和為零，這表明各相瞬時(shí)無(wú)功功率總是在三相之間交換，在三相電源和負(fù)載之間無(wú)無(wú)功能量的來(lái)回往返，因此，對(duì) SVG 而言，瞬時(shí)無(wú)功功率不會(huì)導(dǎo)致其交流側(cè)和直流側(cè)之間的能量交換，從而使 Ud 保持恒定。所以， 3）滿足瞬態(tài)電流跟蹤： (44) 式中： mI 相電流的峰值。如果不能滿 足上述要求，則輸入端電壓波形出現(xiàn)畸變，因此電源電流也開(kāi)始畸變，并且產(chǎn)生相移，從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率。從電源控制方面考慮， dU 過(guò)低，不能完成控制 L 中電流的任務(wù)； dU 過(guò)高，會(huì)提高器件的耐壓定額 ，增加系統(tǒng)成本，同?cos3 a La E PI ?mHwP ELLa 103605023322?????????????? ?? ? %5m a xm a x ??ndmIIT H D??????????????????? 43c o s1%5322??mIfUKLnsdn安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 時(shí)降低系統(tǒng)的可靠性。 2）交流側(cè)電流畸變率 THD要小 根據(jù)電流畸變率 可得： （ 42） 式中： maxdmI 諧波電流的最大值； m 調(diào)制系數(shù)， ?m ； nI 交流側(cè)額定電流有效值； nK 系數(shù)，取 ； dU 整流器輸出電壓； sf 開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率。 濾波電感、電容的選擇 yn11AI 10360 331 ??? ??AI 10360 32 ????s7安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 1）電感的壓降不能太大，以減小損耗。 本論文設(shè)計(jì)的是對(duì)礦井提升機(jī)房進(jìn)行無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?，而在礦上的大多數(shù)低壓設(shè)備都是660V 的，考慮變壓器的容量問(wèn)題 ，因?yàn)?SVG 所補(bǔ)償?shù)娜萘繛?360KVAR,再根據(jù)以往的慣例和經(jīng)驗(yàn)，因此本論文中的變壓器選擇的是 ABB 集團(tuán)生產(chǎn)的 M400/10(D, )，其高壓側(cè)與低壓側(cè)的電壓比為 10KV/660V。 在預(yù)充電時(shí)，由于直流側(cè)電容 C的容量很大，阻抗較小，直流側(cè) 在充電瞬間相當(dāng)于短路，產(chǎn)生很大的短路電流，為了限制瞬間短路電流，本設(shè)計(jì)采用了在交流電源側(cè)串 聯(lián) 限流電阻的方案。 主電路 主電路圖 SVG 的主電路圖如圖 31 所示， SVG 正常工作時(shí)就是通過(guò)電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，就像一個(gè)電壓型逆變器，只不過(guò)其交流側(cè)輸出接的不是無(wú)源負(fù)載，而是電網(wǎng)。 由此，在 基于矢量控制原理的 SVG 裝置和 LC 諧波濾波器的共同作用 下 ， 還便可以 確保感性無(wú)功 和容性無(wú)功二者的平衡 。 SVG 接入電網(wǎng)的連接電抗器作用是濾除電流中可能出現(xiàn)的較高次諧波，另外起到將 SVG和電網(wǎng)這兩個(gè)交流電壓源連接起來(lái)的作用，因此所需的電感值并不大，也遠(yuǎn)小于補(bǔ)償容量相同的 TCR和 SVC裝置所需的電感量。因此，當(dāng)經(jīng)考慮基波頻率時(shí)， SVG 可以等效的視為幅值和相位均可以控制的一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。電壓型橋式電路，還需再串聯(lián)上連接電抗器才能并入電網(wǎng)；電壓型橋式電路，還需在交流側(cè)并聯(lián)上吸收相產(chǎn)生的過(guò)電壓的電抗器；實(shí)際上，由于運(yùn)行效率的原因，迄今投入使用的 SVG大都采用電壓型橋式電路，因此 SVG往往專指采用自換相的電壓型橋式電路作為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置。而對(duì) SVG 裝置，其所需儲(chǔ)能元件的容量至少要等于其所能提供的無(wú)功功率的容量，因此， SVG 中儲(chǔ)能元件的體積和成本比同容量的 SVC 大大減小。因此理論上講， SVG 的橋式變流電路的直流側(cè)可以不設(shè)儲(chǔ)能元件。所以，能用某種方法將三相各部分總的統(tǒng)一起來(lái)處理，則因?yàn)榭偟目磥?lái)三相電路電源和負(fù)載之間沒(méi)有無(wú)功來(lái)回往返，在總的負(fù)載側(cè)就無(wú)需設(shè)置無(wú)功儲(chǔ)能元件。 眾 所周知，在單相電路中，與基波無(wú)功功率有關(guān)的能量是在電源和負(fù)載之間來(lái)回往返的，但是在三相平衡電路中，不論負(fù)載的功率因數(shù)如何，三相瞬時(shí)的功率是一定的，在如何時(shí)刻都等于三相總的有功功率。這其中， SVG 所補(bǔ)償?shù)娜萘空?60%，即為 360KVAR，而諧波濾波器也會(huì)補(bǔ)償一定的無(wú)功，占 40%，即為 240KVAR。 由已知： 由此可得到 ?? ，即平均功率因數(shù)為 。 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 爬行段： 4Q = NS ? ?90sin =1440KVAR 4Q 是爬行段中的無(wú)功功率。 等速段： 2Q = NS ?30sin = NS ?=720KVAR 2Q 是等速段中的無(wú)功功率。 在爬行段中： 40P = eNT ? 4V =?? NP =40KW 40P 是爬行段中的有功功率。 在等速段中： 2P = eNT ? NP = NP =1125KW 2P 是等速段中的有功功率。 無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償需求量的計(jì)算 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，其中整個(gè)系統(tǒng)的 NP =1250KW,負(fù)??? SP?安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 載的整流變壓器 NS =1600KVA，另外速度與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系如圖 32，根據(jù)有功 功率的計(jì)算公式：