三相电压型PWM整流器的数字化控制

1、 通信电源技术文章编号:100923664(2003 0220014203开关电源三相电压型PWM 整流器的数字化控制李素芳, 贾正春(华中科技大学, 湖北武汉430074摘要:介绍了一种采用TMS320F240DSP 芯片的控制方案, 该方案基于矢量控制的思想, 实现了三相电压型PWM 整流器的控制, 实验证明了该控制方案的可行性。关键词:脉宽调制; 整流器; 矢量控制中图分类号:TN86文献标识码:AThe Digital 2PWM R ectif ierL I Su 2fang , J IA Zheng 2chun(University of Science and Technology

2、 , Wuhan 430074, China Abstract :This article introduces a control scheme of three 2phase voltage source PWM rectifier , which is controlled by the DSP chip TMS320F240. The scheme based on the conception of vector control. Experiment verified the control scheme. K ey w ords :PWM ; rectifier ; vector

3、 control随着快速自关断功率器件和计算机技术的发展, 数字信号处理(DSP 技术在大功率或高压大功率变换器中得到广泛应用。文中论述了PWM 高频整流器利用DSP 芯片TMS320F240实现其数字控制的方案。1电压型PWM 整流器的主电路图1是一个典型的三相电压型PWM 整流器, 从整流桥的三个输入点a 、b 、c 来看, 电网和三个输入电感可以看作一个三相交流电机模型。因而, 对于三相电压型PWM 整流器这个较为复杂且三相电流存在着耦合关系的控制系统, 可以采用三相交流电机控制思想来进行解耦和控制。三相电压型PWM 整流器在abc 系统下是一个时变非线性对象, 不利于控制。类比电机的坐

4、标变换方法, 将系统变换到同步旋转坐标系中, 利图1三相电压型PWM 整流器主电路用电流反馈解耦1,2可得到一个准线性解耦的控制系统。电流反馈虽然只是一种近似的解耦方法, 但却是行之有效的方法, 它对参数要求低, 容易实现。三相PWM 整流器在同步旋转坐标系中基本的控制思想是:要得到单位功率因数, 则输入电流应跟踪输入电压。在dq 坐标系中, 通过将输入电压矢量定位在d 轴上, 如果能够控制电流矢量也同样只有d 轴分量, 而q 轴分量为零, 则可以得到单位功率因数。收稿日期:2002212216 2整流器控制电路图2为基于TMS320F240的控制器硬件框图。图中各功能模块说明如下。(1 采样

5、电路A/D 转换器是TMS320F240内含的功能模块, 使用此A/D 转换模块可同时测量两个模拟输入。每个A/D 转换器最大总转换时间为6. 6s 。考虑到A/D 转换器能接受的电压范围05V , 必须将电流传感器检测的电流转换为电压量后, 换到这个范围内。(2 图2PWM , SVPWM 。其基本原间电压矢量。3. 3PI 调节器软件实现, , 精确确定某相电压的相位是得到电压矢量位置的关键。采用锁相环(PLL 是一个很好的解决方案。(3 保护电路本系统采用变速积分的Antiwindup PI 算法。变速积分的积分系数是逐渐变化的, 改变积分项的累加速度, 将之与偏差大小相适应, 偏差大时

6、积分慢。反之同理。这样可有效的消除积分饱和现象, 减小超调量, 使系统易于稳定。u (k =K p e (k +K I e (i +f e (k e (k i =0k -I保护电路采用一片G AL 芯片对功率部分传送过来的系统过压、欠压、过流、制动异常、EX B841故障等故障信号进行锁存, 出现任何一种故障时, 保护信号通过封锁驱动器244以封锁桥臂驱动信号的输出。(4 全比较单元DSP 经过运算之后得到满足控制要求的PWM 输出, 通过全比较单元输出, 在DSP 内部有式中:f e (k 为一系数, 是e (k 的函数。3. 4系统程序系统的主程序部分主要是对控制软件进行初始化, 设置TM

7、S320F240的各种功能模块, 以设定系统各个功能模块的工作方式。初始化工作完成后, 系统进入等待状态, 等待各种中断产生, 进入中断服务子程序以产生控制信号。系统包含定时器1中断服务子程序, 捕获口中断服务子程序。定时器1以开关管工作频率为其工作频率, 在程序中完成电压、电流的调节, 及输出PWM 信号到硬件电路, 用以控制开关管, 进而控制主电路电流的目的, 同时完成各种软件保护的查询与输出保护信号的功能。捕获口中断服务子程序用来对输入电压信号进行定位。它是利用对A 相电压过零点的捕获来定位电压矢量的零点。此捕获口的时基是定时器2, 得到此零点后, 一个交流周期以内, 用定时器2来指示电

8、压的相位, 经过一定的转换, 即可获一个预设死区, 因此无需外部死区电路。输出经过244(缓冲器/驱动器 , 分别送到六片EX B841以驱动整流桥的六个IG B T 。3整流器软件3. 1软件滤波技术本系统采用滑动平均值滤波器数字滤波技术。滑动平均值滤波器采用队列作为测量数据的存储器, 队列长度固定为N 。每进行一次新的测量, 把测得的数据放在队列尾, 舍弃队首的一个数据, 即队列中保证有N 个数据。并对这N 个数据进行算术平均即可。3. 2SVPWM 技术电流调节器依靠PWM 技术将输出的电压指 得电压矢量的实际位置。同时每产生一个捕获中断, 对定时器2清零, 以确保每一个周期都可获得合理

9、的位置信号。参考文献1Pedro Verdelhe , Marques G D. DC Voltage Control and Stabili 2ty Analysis of PWM 2Voltage 2Type Reversible Rectifiers J .IEEE Trans on IE ,1998,45(2 :2632273.4结束语随着对绿色用电器要求的不断增强, 开发无谐波污染的用电器已经是电力电子领域内的共识, 其中三相电压型PWM 整流器是近年本领域研究的重点, 其应用前景非常广阔。文中介绍了三相电压型PWM 整流器的控制方案及软硬件的实现方法, 实验证明了其可行性。2马小亮

10、. 异步电动机的矢量控制和解耦控制J.电气传动,1992, (4 :8212.3杨德刚, 赵良炳, 刘润生. 三相高功率因数整流器的建模及闭环控制J.电力电子技术,1999, (10 :49251.4Vladimir Blasko , Vikram Kaura. A New Mathematical Modeland Control of a Three 2Phase AC 2DC Voltage Source Converter J.IEEE Trans on PE ,1997,112(1 :1162123.5熊健, 康勇, 张凯, 等. SP 2WM J., (2 :25228.新产品介绍

11、SBW 5型无触点补偿式电力稳压器由于我国交流电网的建设和发展不平衡、输变电和配电设施的性能质量不佳、用电设备配置不合理等原因, 致使供电质量受到了严重影响, 表现为经常过欠压、瞬时跌落、浪涌及尖峰干扰较多(在一些偏远地区尤其严重 。而随着科技和经济的发展, 信息技术和微电子技术的应用, 大量用电设备对供电质量的要求越来越高, 因而, 电力稳压器已成为许多电子设备(如计算机、通信设备、广电发射设备、医疗设备等 和机电设备(如数控机床等 不可缺少的供电装置。电力稳压器广泛应用于工矿企业、邮电通信、广播电视、科学研究、军事设施、医疗仪器等各个行业, 它为一切用电设备装置提供优质电能。目前市场上的电

12、力稳压器大多是机械碳刷型的。其工作原理为:伺服电机经过减速器减速, 由链条带动碳刷架, 改变碳刷在调节变压器绕组滑面的位置而调整电压。由于使用碳刷和机械传动, 造成其工作寿命短、响应速度慢、碳刷接触面小而影响输出电流、碳刷磨损快需要经常更换、机械失灵引起冲顶而烧坏稳压器、电力局更换线路造成电机反转而烧坏设备等许多缺点和问题。此外, 部分行业在大量使用一种老式的油浸式电力调压器, 其体积大、效率低、响应时间慢、稳压精度差, 易漏油及产生电气火灾, 国家有关部门已严禁在易燃区域使用, 其缺点和不足就更加明显。上述形式的电力稳压器已远远不能适应现代科技发展的需要。因此, 采用电力电子技术进行升级换代

13、的新型稳压器“无触点补偿式稳压器”取而代之, 已是目前大功率电力稳压器的最主要发展方向。上海潘登电源公司专业生产电力稳压器, 并与欧美著名的电源防护公司有着密切的合作关系。公司技术力量雄厚, 开发、研制电源新产品的能力很强, 有许多技术论文发表在国内各大专业刊物, 在国内电源行业知名度极高、信誉度良好。多次参与无触点稳压器和雷电浪涌防护器的国标、部标制定, 多项产品在行业中一直处于领先地位。公司综合十多年电力稳压器生产经验, 紧跟科技发展的步伐, 采用欧美高新技术的器件, 自行开发研制成功新一代DBW5A/SBW5A 型无触点补偿式电力稳压器和DBW5B/SBW5B 型无触点补偿式免维护电力稳压器。DBW/SBW5型系列无触点补偿式稳压器有针对性的克服了机械碳刷型稳压器调压速度慢, 机械调压部分经常出故障; 碳刷接触易磨损、打火; 磁补偿型稳压器自耗大, 易产生谐波; 参数型稳压器负载适应性差, 效率低, 噪声大; 油浸式稳压器稳压精度差、易漏油不安全等固有缺点, 同时保留了上述稳压器的所有优点。DBW/SBW5型系列无触点补偿式稳压器与同类产品相比, 具有体积小、重量轻、功能全等优点; 采用大规模集成电路, 控制若干个最先进的, 环形式补偿变压器和调节变