基于TI DSP的數(shù)字化三相變頻電源的研制

　 隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，正弦波輸出變頻電源已被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，與此同時(shí)對(duì)變頻電源的輸出電壓波形質(zhì)量也提出了越來越高的要求。在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)部門，三相正弦波變頻電源常用于各種測(cè)量和控制電路中，產(chǎn)生單相或三相正弦波信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)，基準(zhǔn)正弦波的波形質(zhì)量直接影響到測(cè)量和控制的精度。對(duì)于一個(gè)良好的正弦信號(hào)源，要求其輸出的基準(zhǔn)正弦波信號(hào)幅值、頻率高度穩(wěn)定、失真度小、帶負(fù)載能力強(qiáng)、幅值可調(diào)，對(duì)于三相正弦波信號(hào)還要求三相對(duì)稱度好。兼顧這些要求往往使電路變得復(fù)雜。因此，研究開發(fā)既簡(jiǎn)單又具有優(yōu)良動(dòng)、靜態(tài)性能的逆變器控制策略，已成為電力電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

　　1 工作原理

　　系統(tǒng)總體電路結(jié)構(gòu)由主回路、控制電路、采樣電路、反饋電路和各類保護(hù)電路等部分組成，系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

　　1．1 主回路及工作原理

　　主回路中有三大部分組成：整流濾波電路、三相全橋逆變電路和三相無源濾波電路。整流濾波電路將單相交流電變成直流電，三相全橋逆變電路將直流電變成三相交流電，三相交流電經(jīng)過三相濾波電路后得到標(biāo)準(zhǔn)的三相正弦波電源，主回路原理圖如圖2所示。

　　1．2 控制回路工作原理

　　控制電路的調(diào)制波采用SPWM波，對(duì)正弦波輸出變頻電源進(jìn)行SPWM調(diào)制，數(shù)字化控制，是以TMS320F2812數(shù)字信號(hào)處理器為主控芯片，實(shí)現(xiàn)電源的最佳控制。控制回路原理圖如圖3所示。

1．3 控制策略

　　電源利用TMS320F2812中的事件管理器，采用SPWM調(diào)制的方式，逆變器輸出信號(hào)經(jīng)三相無源濾波后得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。控制結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

　　1．4 軟啟動(dòng)功能及故障處理

　　電源系統(tǒng)設(shè)置了軟啟動(dòng)功能、開路保護(hù)、短路保護(hù)、MOSFET過流保護(hù)、缺相保護(hù)和負(fù)載不對(duì)稱保護(hù)。

　　電源控制系統(tǒng)有三種工作模式：正常工作模式，啟動(dòng)模式及保護(hù)模式。

　　當(dāng)電源開始工作或者在故障后啟動(dòng)的時(shí)候，為了防止負(fù)載側(cè)電壓上升過快而導(dǎo)致電路故障，我們采用軟啟動(dòng)的方法，這時(shí)，控制系統(tǒng)處于啟動(dòng)模式下。軟啟動(dòng)包括兩個(gè)部分。首先，在輸入側(cè)通過對(duì)輸入的三相電壓慢慢升壓的方式，我們可以保證逆變電路不會(huì)因母線電壓直接加上去而導(dǎo)致故障的發(fā)生。另外，在逆變電路的控制過程中，我們需要采用閉環(huán)控制方法，通過采樣記錄分析的數(shù)據(jù)調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率，當(dāng)負(fù)載側(cè)電壓上升到一定值的時(shí)候，我們?cè)賹㈦娐忿D(zhuǎn)入正常工作的模式之下，所以在軟啟動(dòng)條件下，負(fù)載側(cè)不會(huì)因瞬間出現(xiàn)的高電壓而發(fā)生故障。

　　在電源運(yùn)行的過程中，由于短路故障，工作電流將急劇升高，若不采取措施，將會(huì)使電路中許多元器件被過電流破壞。過電流發(fā)生時(shí)，電路中的過流保護(hù)裝置會(huì)動(dòng)作，這時(shí)，控制電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)將被閉鎖，驅(qū)動(dòng)信號(hào)停發(fā)，電路由正常工作模式轉(zhuǎn)入保護(hù)控制模式。保護(hù)模式下，控制系統(tǒng)會(huì)在閉鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，經(jīng)過一定的時(shí)間，自動(dòng)地進(jìn)行重啟動(dòng)，如果再發(fā)生過電流，電源將停止工作。

　　2 軟件設(shè)計(jì)

　　2．1 軟件總體設(shè)計(jì)

　　軟件部分主要包括SPWM的產(chǎn)生，A／D轉(zhuǎn)換，PID調(diào)節(jié)，頻率捕獲，軟啟動(dòng)和保護(hù)。主要功能是通過正弦脈寬調(diào)制技術(shù)控制三相橋式逆變器，使其輸出頻率可調(diào)、幅值穩(wěn)定的三相正弦電壓，通過A／D轉(zhuǎn)換對(duì)輸出的電壓和電流進(jìn)行采樣，對(duì)輸出電壓、電流實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)電流超過3．6A時(shí)切斷三相逆變橋的輸出，對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。通過PID調(diào)節(jié)使輸出電壓變化時(shí)也能及時(shí)的做出反應(yīng)，使輸出電壓穩(wěn)定在36V。在系統(tǒng)的啟動(dòng)過程中使用軟啟動(dòng)減少電壓和電流對(duì)系統(tǒng)回路的沖擊。

主程序流程圖如圖5所示。