基于TI DSP的數字化三相變頻電源的研制

　 隨著(zhù)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用在各個(gè)領(lǐng)域中，與此同時(shí)對變頻電源的輸出電壓波形質(zhì)量也提出了越來(lái)越高的要求。在實(shí)驗室和工業(yè)部門(mén)，三相正弦波變頻電源常用于各種測量和控制電路中，產(chǎn)生單相或三相正弦波信號作為基準信號，基準正弦波的波形質(zhì)量直接影響到測量和控制的精度。對于一個(gè)良好的正弦信號源，要求其輸出的基準正弦波信號幅值、頻率高度穩定、失真度小、帶負載能力強、幅值可調，對于三相正弦波信號還要求三相對稱(chēng)度好。兼顧這些要求往往使電路變得復雜。因此，研究開(kāi)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

　　系統總體電路結構由主回路、控制電路、采樣電路、反饋電路和各類(lèi)保護電路等部分組成，系統原理圖如圖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(wú)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(guò)三相濾波電路后得到標準的三相正弦波電源，主回路原理圖如圖2所示。

　　1．2 控制回路工作原理

　　控制電路的調制波采用SPWM波，對正弦波輸出變頻電源進(jìn)行SPWM調制，數字化控制，是以TMS320F2812數字信號處理器為主控芯片，實(shí)現電源的最佳控制?？刂苹芈吩韴D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調制的方式，逆變器輸出信號經(jīng)三相無(wú)源濾波后得到標準的正弦波?？刂平Y構圖如圖4所示。

　　1．4 軟啟動(dòng)功能及故障處理

　　電源系統設置了軟啟動(dòng)功能、開(kāi)路保護、短路保護、MOSFET過(guò)流保護、缺相保護和負載不對稱(chēng)保護。

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

　　當電源開(kāi)始工作或者在故障后啟動(dòng)的時(shí)候，為了防止負載側電壓上升過(guò)快而導致電路故障，我們采用軟啟動(dòng)的方法，這時(shí)，控制系統處于啟動(dòng)模式下。軟啟動(dòng)包括兩個(gè)部分。首先，在輸入側通過(guò)對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(xiàn)電壓直接加上去而導致故障的發(fā)生。另外，在逆變電路的控制過(guò)程中，我們需要采用閉環(huán)控制方法，通過(guò)采樣記錄分析的數據調整驅動(dòng)信號頻率，當負載側電壓上升到一定值的時(shí)候，我們再將電路轉入正常工作的模式之下，所以在軟啟動(dòng)條件下，負載側不會(huì )因瞬間出現的高電壓而發(fā)生故障。

　　在電源運行的過(guò)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(guò)電流破壞。過(guò)電流發(fā)生時(shí)，電路中的過(guò)流保護裝置會(huì )動(dòng)作，這時(shí)，控制電路的驅動(dòng)信號將被閉鎖，驅動(dòng)信號停發(fā)，電路由正常工作模式轉入保護控制模式。保護模式下，控制系統會(huì )在閉鎖驅動(dòng)信號后，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，自動(dòng)地進(jìn)行重啟動(dòng)，如果再發(fā)生過(guò)電流，電源將停止工作。

　　2 軟件設計

　　2．1 軟件總體設計

　　軟件部分主要包括SPWM的產(chǎn)生，A／D轉換，PID調節，頻率捕獲，軟啟動(dòng)和保護。主要功能是通過(guò)正弦脈寬調制技術(shù)控制三相橋式逆變器，使其輸出頻率可調、幅值穩定的三相正弦電壓，通過(guò)A／D轉換對輸出的電壓和電流進(jìn)行采樣，對輸出電壓、電流實(shí)時(shí)監控，當電流超過(guò)3．6A時(shí)切斷三相逆變橋的輸出，對電路進(jìn)行保護。通過(guò)PID調節使輸出電壓變化時(shí)也能及時(shí)的做出反應，使輸出電壓穩定在36V。在系統的啟動(dòng)過(guò)程中使用軟啟動(dòng)減少電壓和電流對系統回路的沖擊。

主程序流程圖如圖5所示。