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整流器作為一種AC／DC變換裝置，其發(fā)展經(jīng)歷了由不可控整流器(二極管整流)、相控整流器(晶閘管整流)到PWM整流器(門(mén)極可關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)管)的發(fā)展歷程。晶閘管相控整流和二極管不可控整流對電網(wǎng)諧波污染嚴重，且網(wǎng)側功率因數低。PWM整流器已對傳統的相控及二極管整流器進(jìn)行了全面的改進(jìn)。TMS320LF2407具有快速的數據處理能力和豐富的硬件資源，作為控制芯片可以提高系統的實(shí)時(shí)響應能力和控制精度，已經(jīng)被廣泛應用于電氣自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域。 1 總體設計及硬件電路 圖1為PWM整流器系統硬件框圖。在這個(gè)系統中，TMS320LF2407為數字控制芯片，整流器采用SVPWM控制策略。系統硬件由主電路、直流電壓檢測電路、交流側輸入電流檢測電路、過(guò)零檢測電路和保護電路等組成。DSP采集直流電壓檢測電路檢測的電壓值和交流電流檢測電路檢測的電流值，通過(guò)SVPWM控制算法，產(chǎn)生6路PWM脈沖通過(guò)驅動(dòng)模塊去控制整流橋功率管的導通和關(guān)斷。當發(fā)生故障時(shí)，DSP封鎖PWM輸出。 1．1 主電路 圖2為三相PWM整流橋主電路，包括交流側的電感、電阻、直流輸出電容，以及由全控開(kāi)關(guān)器件和續流二極管組成的三相半橋電路。ua、ub、uc為電源電壓，L為交流側濾波電感，主要作用為隔離電網(wǎng)電動(dòng)勢與交流側電壓，濾除交流側PWM諧波電流，實(shí)現PWM整流器交流側正弦波電流控制。 電阻R為濾波電感L的等效電阻和功率開(kāi)關(guān)管損耗等效電阻的合并，C為直流側支撐電容，其主要作用為緩沖三相電壓型PWM整流器交流側與直流負載間的能量交換，且穩定VSR直流側電壓，抑制直流側諧波電壓。 1．2 過(guò)零檢測電路 過(guò)零檢測電路如圖3所示。過(guò)零觸發(fā)電路的作用是根據相電壓的過(guò)零點(diǎn)來(lái)鑒別系統所處的區間，通過(guò)過(guò)零觸發(fā)脈沖使系統軟件產(chǎn)生中斷來(lái)調用相應的控制脈沖計算程序。電壓經(jīng)過(guò)電阻分壓和濾波，通過(guò)LM393構成的過(guò)零比較電路得到與電網(wǎng)輸入相電壓信號同步的方波信號，經(jīng)過(guò)SN74121N變成和方波同步的觸發(fā)脈沖，隨后被送到DSP控制芯片的捕獲接口，用來(lái)產(chǎn)生邊沿捕獲信號以觸發(fā)相應的中斷，從而調用相應的中斷服務(wù)子程序。 2 軟件設計 空間矢量PWM(SVPWM)控制策略是依據變流器空間電壓(電流)矢量切換來(lái)控制變流器的一種思路新穎的控制策略。SVPWM具有電壓利用率高、動(dòng)態(tài)響應快等優(yōu)點(diǎn)，另外，簡(jiǎn)單的矢量模式切換更易于單片微處理器實(shí)現。根據空間矢量的控制原理，三相對稱(chēng)的整流器開(kāi)關(guān)輸入電壓可視作一個(gè)空間電壓矢量V來(lái)處理，利用整流器8個(gè)基本電壓空間矢量V0～V7的不同組合合成幅值相同、相位不同的空間電壓矢量V。區間劃分與基本電壓空間矢量之間的關(guān)系如圖4所示。 假設電壓空間矢量V在I區間，那么需要基本電壓矢量V1、V2、V0／7共同作用來(lái)合成。依據平行四邊形法則，有 T1、T2分別為矢量V1、V2在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的持續時(shí)間；Ts為PWM開(kāi)關(guān)周期。令零矢量V0/7的持續時(shí)間為T(mén)0/7，則 令V與V1間的夾角為θ，又因|V1|=|V2|=2Udc／3，可得 其中Udc為輸出直流電壓。 本系統軟件設計包括主程序、中斷服務(wù)子程序、電壓滯環(huán)模塊、電壓外環(huán)PI調節模塊、數字電流環(huán)PI調節模塊、扇區判斷子程序和SVPWM產(chǎn)生子程序等。圖5為主程序流程，圖6為’中斷服務(wù)程序流程。主程序主要完成DSP控制器的系統初始化，模數轉換模塊、事件管理器模塊等相關(guān)控制寄存器的初始化，系統中控制用的狀態(tài)變量的初始化。在中斷程序中，通過(guò)調用一些子程序模塊，完成相應的控制算法，輸出PWM控制脈沖等。 3 實(shí)驗結果 搭建了11KVA整流實(shí)驗樣機硬件平臺，輸入三相電壓有效值為220 V，頻率為50Hz。圖7為A相輸入電壓和電流波形，可以看出輸入電流波形呈正弦化，電源電壓和輸入交流電流同相位，基本實(shí)現了單位功率因數整流。圖8為輸出直流電壓波形，可以看出輸出直流電壓比較平滑，脈動(dòng)小，基本穩定在620 V。圖9為同一橋臂上下功率管PWM波形，為了防止上下管同時(shí)導通，設置了5μs的死區。 結 語(yǔ) 本系統采用了TMS320LF2407DSP控制芯片，簡(jiǎn)化了系統的硬件結構，提高了系統的實(shí)時(shí)性和可靠性。三相PWM整流器采用SVPWM控制，提高了電壓的利用率。簡(jiǎn)單的空間矢量切換模式更易于單片微處理器實(shí)現，可以使網(wǎng)側電流正弦化，基本實(shí)現單位功率因數整流。本系統對實(shí)際工程應用有一定的指導意義。 |
