基于DSP的矩陣式三相／單相電源研究

1、基于dsp的矩陣式三相單相電源研究目前矩陣式變頻器因采納具有輸入功率因數(shù)可調(diào)，輸出頻率延續(xù)，功率雙向流淌且無直流母線的矩陣式變換器(mc)而倍受關(guān)注。雖然三相用電設(shè)備廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域，但是在一些行業(yè)(如感應(yīng)加熱和感應(yīng)熔煉)仍需要單相電源，而在這些行業(yè)用電對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)峻污染，假如將矩陣式變換器(mc)應(yīng)用在這些行業(yè)中將對(duì)新一代“綠色”電源產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。在此綜合考慮因不同的控制策略，低頻段和高頻段對(duì)系統(tǒng)的資源占用率不同，故采納不同的控制策略，cpu采納和聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)了具有平安換流和相應(yīng)的庇護(hù)功能的三相-單相調(diào)功電源，該電源就很好地應(yīng)用在相應(yīng)的場合，充分發(fā)揮矩陣式電源的優(yōu)良特性。1 主結(jié)構(gòu)和換

2、流策略11 主電路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)電路采納的是三相-單相變換電路的其中一種較為容易的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(帶中線)1所示。將s1+和s1-均導(dǎo)通的狀態(tài)稱為s1狀態(tài)。為了盡可能多地濾除輸入中的由開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的高頻諧波中高頻諧波成分，削減對(duì)電網(wǎng)側(cè)的高頻污染，并提高輸入功率因數(shù)，因此引入，阻尼rd有利于在轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)后高頻電流的衰減，并入有利于減小開關(guān)器件間的耦合。電路采納反向并聯(lián)構(gòu)成雙向開關(guān)，通過控制各個(gè)開關(guān)狀態(tài)的時(shí)光，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。12 換流策略由主電路的基本特征和應(yīng)用在感應(yīng)加熱行業(yè)就打算了矩陣式變換器在工作過程中必需遵循兩個(gè)原則：矩陣式變換器的三相輸入中的隨意兩相之間不能短路，避開用法電壓源短路造成過流。矩陣式變換器的

3、輸出不能斷路，避開感性負(fù)載驟然斷路而產(chǎn)生的過電壓。由此可見在換流的過程中必需挑選牢靠的換流策略，為了解決這一問題采納傳統(tǒng)的基于電流檢測的四步換流策略較為合適。該辦法必需加以電流檢測元件(電流互感器、霍爾等)，為了保證igbt的牢靠開通與關(guān)斷，將控制電壓設(shè)定為：開通電壓+15 v(記為1)，關(guān)斷電壓-5 v(記為o)。為了便于解釋規(guī)定電流1所示時(shí)記為i(+)，反之i(-)。四步換流開關(guān)轉(zhuǎn)換過程2所示，現(xiàn)以由s1到s2狀態(tài)舉行換流的四個(gè)過程舉行解釋，假設(shè)此時(shí)檢測輸出電流方向?yàn)閕(+)。第一步，在開通s2-之前必需將s1-關(guān)斷，否則u1和u2將通過s2+和s1-形成回路；其次步開通s2-，假如u2u

4、1，此時(shí)負(fù)載電流將立即從s1-轉(zhuǎn)移到s2-，否則負(fù)載電流將繼續(xù)通過s1+；第三步，在開通s2-前先關(guān)斷s1+，此時(shí)負(fù)載電流已轉(zhuǎn)移到s2+；第四步，開通s2-。當(dāng)電流反向時(shí)采納相同的辦法，只是開通挨次的不同。由此可見采納四步換流法，既禁止了可能是電源發(fā)生短路的組合，又保證了在隨意時(shí)刻起碼有一條通路，從而提高了環(huán)流的平安性。值得注重的是在換流的過程中為了避開換流出錯(cuò)需要鎖存獵取的電流方向的信息。2 控制策略因?yàn)橄到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)所打算，空間矢量調(diào)制法以及雙電壓控制法均不能挺直應(yīng)用于三相-單相矩陣式變換器中。為了使系統(tǒng)更為牢靠合理的運(yùn)行，現(xiàn)在必需解決分配和控制雙向開關(guān)的通斷來達(dá)到輸出要求，在該系統(tǒng)中采納輸入

5、擬合法，其以設(shè)定輸出電壓為目標(biāo)，確定適當(dāng)?shù)奶暨x原則，并基于該原則在每個(gè)采樣周期內(nèi)挑選相應(yīng)的輸入電壓，擬合出目標(biāo)電壓。就目前得到應(yīng)用的兩種控制策略而言，以輸入三相電壓中的最大相和最小相擬合出設(shè)定的輸出電壓，輸出電壓較為平穩(wěn)但是控制策略在高頻段cpu資源開銷大。以輸入電壓與輸出電壓的差值為挑選依據(jù)，其算法容易、在高頻段資源占有率低，但是在低頻段電壓輸出波動(dòng)大。為了使系統(tǒng)得到更好的性能，采納二者互相結(jié)合的控制策略，在低頻段采納第一種控制策略，在高頻段采納其次種策略。假設(shè)變換器的輸入為三相抱負(fù)電源電壓，則：對(duì)于第一種策略在每個(gè)采樣周期內(nèi)，只利用輸入電壓的最大相umax和最小相umin合成目標(biāo)輸出電壓u

6、0。與此對(duì)應(yīng)定義最大相開關(guān)函數(shù)smax和smin。在一個(gè)采樣周期內(nèi)，兩個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)光t1，t2分離為：式中：u0為輸出電壓參考值；ts為采樣周期時(shí)光長度。在相應(yīng)的控制算法下其擬合暗示圖3所示。其實(shí)質(zhì)上類似于直流斬波電路，不過在此其是對(duì)溝通斬波。利用該擬合辦法舉行輸出得到的電壓比較平穩(wěn)。其次種控制策略較為容易在此不做詳述。高頻和低頻控制策略的轉(zhuǎn)換通過軟件來實(shí)現(xiàn)，輸出u0的頻率f0可以通過人機(jī)交互裝置舉行設(shè)定(如果設(shè)定50 hz以下為低頻，以上為高頻)，其子程序結(jié)構(gòu)框圖4所示。3 數(shù)字控制系統(tǒng)組成檢測的信號(hào)多而且要求精度高，同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)要求實(shí)時(shí)性好。這樣就打算了其cpu要求特殊高，為了

7、滿足這一要求，該系統(tǒng)采納cpu為cpld+dsp數(shù)字控制系統(tǒng)(見圖5)。為了使其各自的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮，利用dsp(tms32lf2407)的模擬輸入通道接收來自信號(hào)檢測調(diào)制信號(hào)模塊的輸入輸出信號(hào)實(shí)時(shí)計(jì)算并執(zhí)行控制策略(輸入擬合法)，再將其運(yùn)算的結(jié)果送給cpld，cpld按照相應(yīng)的信號(hào)舉行規(guī)律運(yùn)算實(shí)現(xiàn)規(guī)律換流功能。在cpu運(yùn)行過程中cpld和dsp同時(shí)接收輸入輸出電壓電流信號(hào)，但是其實(shí)現(xiàn)的功能不一樣：dsp接收到的信號(hào)是為了控制策略的運(yùn)算，而cpld接收的信號(hào)是為了保證每個(gè)時(shí)刻發(fā)出的控制信號(hào)的精確性，當(dāng)cpld發(fā)覺故障時(shí)將舉行相應(yīng)處理并顯示故障位置。4 矩陣式變換器(mc)系統(tǒng)試驗(yàn)分析在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中cpu模塊采納sy-xds510 20 dsp器實(shí)現(xiàn)對(duì)雙向開關(guān)管的控制，從而實(shí)現(xiàn)mc系統(tǒng)的部分試驗(yàn)，以下是不同頻率下的電壓電流試驗(yàn)的波形圖，6所示。在低頻段因?yàn)樽畲笙嗪妥钚∠鄶M合出設(shè)定的輸出電壓控制策略，該策略類似于直流的斬波辦法，所以其輸出的波形就是一斬波波形，因?yàn)楹拓?fù)載并入了電容，所以對(duì)負(fù)載兩端的電壓比較平穩(wěn)。對(duì)于高頻段采納的電壓靠近原則，所以輸出電壓和電流都存在一定的波動(dòng)，但是其節(jié)省了cpu的資源，提高了系統(tǒng)的牢靠性。5 結(jié)語系統(tǒng)針對(duì)感應(yīng)加熱和感應(yīng)熔煉等行業(yè)舉行三相單相電源變換