1? 引言
???? 信息技術(shù)的迅速發(fā)展,對(duì)供電系統(tǒng)的容量、性能和可靠性要求越來越高,也推動(dòng)著電力電子技術(shù)的研究不斷深入。多模塊并聯(lián)實(shí)現(xiàn)大容量電源被公認(rèn)為當(dāng)今電源變換技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。
???? 對(duì)于實(shí)現(xiàn)大容量的逆變電源,同樣也可以采用并聯(lián)技術(shù)。由于逆變電源常采用新型全控功率開關(guān)器件構(gòu)成單元模塊,受功率開關(guān)器件容量限制,單個(gè)逆變電源模塊的容量是十分有限的,通過多個(gè)模塊并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)容,不僅可以充分利用新型全控功率開關(guān)器件的優(yōu)勢(shì),減少系統(tǒng)的體積,降低噪聲,還可以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和逆變器的通用性。
1.1? 逆變電源并機(jī)的原理
???? 交流電源間的并聯(lián)運(yùn)行遠(yuǎn)比直流電源并聯(lián)運(yùn)行復(fù)雜,由于是正弦波輸出,必須要解決以下問題:
???? 1)兩臺(tái)或多臺(tái)投入并聯(lián)運(yùn)行時(shí),相互間及系統(tǒng)的頻率、相位、幅度必須達(dá)到一致或小于容許誤差時(shí)才能投入,否則會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定或各逆變單元間產(chǎn)生環(huán)流;
???? 2)并聯(lián)工作過程中,各逆變單元輸出必須保持一致,否則,頻率微弱差異的積累將造成系統(tǒng)輸出幅度的周期性變化和波形畸變,相位不同使輸出幅度不穩(wěn);
???? 3)均流要求高,均流包括有功和無功均流,即功率的平均分配包括有功功率和無功功率的平均分配;
???? 4)故障保護(hù)除單元內(nèi)部故障保護(hù)外,當(dāng)均流或同步異常時(shí),要將相應(yīng)有故障的逆變單元切除,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。
???? 解決上述問題的關(guān)鍵是解決均流問題,鑒于此,采用有功和無功并聯(lián)控制方式。
???? 該控制方式實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)并聯(lián)功率偏差控制。當(dāng)并聯(lián)逆變單元出現(xiàn)輸出有功或者輸出無功不一致時(shí),通過檢測(cè)出本單元的有功或無功偏差值,來調(diào)節(jié)逆變單元輸出電壓的相位和幅值,保證每一個(gè)逆變單元輸出的有功與無功相等,達(dá)到均流的目的。圖1是兩個(gè)逆變單元并聯(lián)給負(fù)載供電的網(wǎng)絡(luò)模型。逆變單元1的輸出有功P1和無功Q1分別為:
???? P1=E1Usinδ1/X(1)
???? Q1=(E1Ucosδ1-U2)/jX(2)
???? 逆變單元2的輸出有功P2和無功Q2分別為:
???? P2=E2Usinδ2/X(3)
???? Q2=(E2Ucosδ2-U2)/jX(4)
???? 由式(1)~式(4)可知,有功的大小主要取決于功率角δ,無功的大小主要取決于逆變單元的輸出幅值E1和E2,因此可以通過調(diào)節(jié)功率角δ來調(diào)節(jié)輸出有功功率的大小,通過調(diào)節(jié)逆變單元輸出電壓的幅度來調(diào)節(jié)無功的大小,從而可實(shí)現(xiàn)各輸出電源模塊的均流。
?
圖1? 兩個(gè)逆變單元并聯(lián)給負(fù)載供電的網(wǎng)絡(luò)模型
1.2? 逆變電源并機(jī)的數(shù)字控制
???? 早期的微處理器運(yùn)算速度有限,通常只具有給定正弦波的發(fā)生、控制逆變電源的開關(guān)及實(shí)現(xiàn)保護(hù)顯示等功能,逆變電源的核心——逆變器的控制仍然需要模擬電路的參與。隨著電機(jī)控制專用DSP的出現(xiàn)和控制理論的發(fā)展,使得逆變電源的控制技術(shù)朝著全數(shù)字化的方向發(fā)展。
???? 逆變電源采用數(shù)字控制,具有以下明顯優(yōu)點(diǎn):
???? 1)每個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的逆變單元模塊都采用全數(shù)字化控制,易于在模塊之間更好地進(jìn)行均流控制和通信,或者在模塊中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的均流控制算法,從而實(shí)現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變單元并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng);
???? 2)易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略,使得逆變電源的智能化程度更高,性能更完美;
???? 3)控制靈活,維護(hù)方便,系統(tǒng)的一致性好,成本低。
???? 正弦波逆變電源的控制策略有PLD控制、無差拍控制、模糊控制等。對(duì)于高性能的逆變電源的設(shè)計(jì),模糊控制器有著以下優(yōu)點(diǎn):
???? 1)模糊控制器的設(shè)計(jì)過程中不需要被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型,模糊控制器有著較強(qiáng)的魯棒性和自適應(yīng)性;
???? 2)查找模糊控制表只須占用處理器很少的時(shí)間,因而可以采用較高采樣率來補(bǔ)償模糊規(guī)則和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的偏差。
?
2? 系統(tǒng)概述
2.1? 系統(tǒng)特性
???? 1)基于DSP56F805全數(shù)字化設(shè)計(jì),控制元器件少,可靠性高,穩(wěn)定度高;
???? 2)高可靠性SPWM設(shè)計(jì);
???? 3)采用CAN總線技術(shù),并機(jī)安裝方便;
???? 4)可實(shí)現(xiàn)N+1逆變單元并聯(lián)擴(kuò)容;
???? 5)各逆變單元獨(dú)立工作,民主均流;
???? 6)采用獨(dú)特調(diào)控原理,“均流不平衡度”≤2%;
???? 7)可帶電熱更換,操作維護(hù)方便;
???? 8)輸出電壓精度高,為220(1±1%)V;
???? 9)輸出頻率精度高,為50±0.001Hz;
???? 10)全LCD數(shù)字顯示、測(cè)量,菜單控制操作,便于對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);
???? 11)智能化控制,RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口,可方便實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程集中監(jiān)控管理;
???? 12)保護(hù)功能全,具有直流輸入極性反接保護(hù),直流輸入電壓過高、過低保護(hù),輸出電壓過高保護(hù),過載保護(hù),短路保護(hù),過熱保護(hù)等。
2.2? 系統(tǒng)概述
2.2.1? 逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)
???? 本逆變電源以DA2000HP(2000VA)逆變單元為核心,配以監(jiān)控器、靜態(tài)開關(guān)等,組成一個(gè)完整的逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)。DA-HP逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)工作原理框圖見圖2。
圖2? DA-HP逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)工作原理框圖
???? 本系統(tǒng)工作時(shí),首先每臺(tái)逆變單元DA2000HP進(jìn)行自檢,當(dāng)檢測(cè)到輸入電壓、溫度和硬件都正常后進(jìn)行同步和鎖相,最后逆變單元送出交流電壓。當(dāng)檢測(cè)到輸入電壓超低或超高、溫度超高或硬件故障,逆變單元停止輸出。逆變單元正常工作時(shí),實(shí)時(shí)通過CAN總線檢測(cè)系統(tǒng)的電壓、電流、相位等參數(shù),及時(shí)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)逆變單元之間同相及均流,同時(shí)并聯(lián)CAN總線與同步總線實(shí)時(shí)地把系統(tǒng)的參數(shù)、狀態(tài)送給監(jiān)控器,監(jiān)控器通過RS?232接口把系統(tǒng)的參數(shù)、狀態(tài)送給微機(jī)。在工作過程中,若逆變單元檢測(cè)到故障,則快速進(jìn)行“脫機(jī)”處理,即把出故障的逆變單元從系統(tǒng)中脫離,確保系統(tǒng)的穩(wěn)定,同時(shí)發(fā)出告警信號(hào)及信息,提醒用戶及時(shí)處理。
???? 系統(tǒng)中的靜態(tài)開關(guān)的作用是保證用戶負(fù)載供電的不間斷,當(dāng)逆變系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),靜態(tài)開關(guān)及時(shí)接通市電,斷開逆變系統(tǒng),負(fù)載由市電供電。
2.2.2? 逆變單元
???? DA2000HP逆變單元采用DSP芯片DSP56F805及先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù),使得逆變單元的變換、控制、反饋、測(cè)量、顯示、通信等實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制和管理。同時(shí)運(yùn)用先進(jìn)的軟件技術(shù),控制和保護(hù)關(guān)鍵電路,盡可能減少整機(jī)元器件的數(shù)量,降低由于溫度、老化等問題引起的不穩(wěn)定因素,提高逆變單元的穩(wěn)定性和可靠性。
???? DA2000HP逆變單元工作原理框圖見圖3。
?
圖3? DA2000HP逆變電源工作原理框圖
???? DA2000HP逆變單元主變換電路采用高可靠性的單端高頻功率變換電路,變換頻率為64kHz。直流輸入通過輸入濾波器、輸入斷路器、輸入接觸器送入單端高頻功率變換電路,經(jīng)過變換,變壓器次級(jí)輸出高壓正弦調(diào)制波形。高壓正弦調(diào)制波形經(jīng)過高頻濾波器濾去高頻成分,得到100Hz半橋正弦波。100Hz半橋正弦波經(jīng)過50HzIGBT逆變橋變換得到50Hz220V純凈的正弦波。最后,50Hz220V純凈的正弦波通過輸出接觸器、輸出斷路器、輸出濾波器送給負(fù)載。
???? 為了提高逆變單元的可靠性和負(fù)載適用性,在50HzIGBT逆變橋前增加補(bǔ)償器及損耗器。
???? DA2000HP逆變單元采用的算法是模糊控制算法,把電壓誤差和電流作為輸入模糊變量,實(shí)現(xiàn)逆變單元模糊控制。
2.3? DSP56F805簡(jiǎn)介
???? Motorola公司開發(fā)的數(shù)字信號(hào)處理器DSP56F805具有16位高速定點(diǎn)運(yùn)算能力,既有單片機(jī)(MCU)靈活控制功能和豐富的外設(shè),又有DSP高速運(yùn)算能力,非常適合電源控制、電機(jī)控制、工業(yè)控制、儀表制造等領(lǐng)域。這種型號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理芯片具有如下優(yōu)點(diǎn):
???? 1)很高的處理速度
???? ——單指令執(zhí)行周期為25ns(工作頻率為80MHz時(shí)),即每s可執(zhí)行40M條指令;
???? ——單周期16×16并行乘-累加器;
???? 2)特有的并行結(jié)構(gòu)
???? ——采用Harvard結(jié)構(gòu),程序區(qū)與數(shù)據(jù)區(qū)的存儲(chǔ)單元是分開的,高效16位DSP56800DSP內(nèi)核;
???? ——3條內(nèi)部地址總線和1條外部地址總線;
???? ——4條內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和1條外部數(shù)據(jù)總線;
???? 3)編程靈活
???? ——具有類似單片機(jī)的編程方式;
???? ——支持高級(jí)C語(yǔ)言編程;
???? ——開發(fā)方便,靈活的EVM板及豐富的SDK軟件包;
???? 4)高度集成的內(nèi)部資源
???? ——片上集成閃存(Flash)及RAM,計(jì)有31.5K×16位的程序Flash,512×16位程序RAM,4K×16位的數(shù)據(jù)Flash,2K×16位數(shù)據(jù)RAM,2K×16位的啟動(dòng)Flash;
???? ——2個(gè)獨(dú)立的PWM模塊,每個(gè)PWM模塊帶有6個(gè)可獨(dú)立編程PWM輸出腳,3個(gè)電流傳感取樣腳和4個(gè)故障檢測(cè)輸入腳,支持中心對(duì)準(zhǔn)PWM和邊沿對(duì)準(zhǔn)PWM工作方式;
???? ——可同時(shí)工作的2個(gè)12位ADC模塊,每個(gè)ADC模塊包含4路輸入腳,ADC模塊可與PWM模塊同步工作;
???? ——14路獨(dú)立的輸入輸出口,18路復(fù)用的輸入輸出口;
???? ——1個(gè)CAN2.0模塊;
???? ——2個(gè)異步串行口(SCI)和1個(gè)同步串行口(SPI);
???? ——2個(gè)微分解碼器;
???? ——4組計(jì)數(shù)定時(shí)器;
???? ——內(nèi)置COP模塊,方便完成看門狗(Watchdog)功能;
???? ——2個(gè)外部中斷源;
???? ——可編程的PLL時(shí)鐘;
???? ——JTAG/OnCE接口,方便調(diào)試及生產(chǎn)。
3? 系統(tǒng)硬件
???? 系統(tǒng)硬件電路包括主控單元,A/D電路,PWM電路,并機(jī)與同步電路,檢測(cè)、控制及顯示電路,JTAG/OnCE電路,RS-232、時(shí)鐘及電源電路等。主控芯片用了一片144-pinLQFP封裝的DSP56F805數(shù)字信號(hào)處理器,具體電路如圖4。
?
?
圖4? 系統(tǒng)硬件
3.1? 主控單元
???? 硬件以DSP56F805為中心,充分利用其 A/D、PWM、內(nèi)部Flash、CAN等自帶功能,簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。
???? 系統(tǒng)工作正常時(shí),PWMA0~PWMA1腳輸出一對(duì)SPWM波形,通過隔離與驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)單端變換電路功率管(MOSFET),再經(jīng)過主變壓器升壓,次級(jí)得到高壓SPWM正弦調(diào)制波形,經(jīng)過L、C濾波得到純凈的100Hz半橋正弦波。PWMA2~PWMA3腳輸出一對(duì)PWM波形,通過隔離與驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)功率管(IGBT),得到50Hz220V純凈的正弦波。PWMA4作為D/A轉(zhuǎn)換,經(jīng)濾波成直流信號(hào),通過隔離與驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)損耗器。PWMB0~PWMB2作為輸出口,根據(jù)無功功率,選擇適當(dāng)?shù)?a href="http://srfitnesspt.com/tags/電容/" target="_blank">電容,通過隔離與驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償器。A/D電路時(shí)刻檢測(cè)輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、機(jī)內(nèi)溫度等參數(shù),當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)參數(shù)超過軟件的設(shè)定值,DSP立即關(guān)斷SPWM信號(hào),并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。另外,F(xiàn)AULTA0作為輸出過流取樣,一旦FAULTA0電壓超過閾值,DSP立即關(guān)斷PWM輸出。
3.2? A/D電路
???? DSP56F805的ADC模塊具有下述特點(diǎn):
???? 1)12位精度;
???? 2)同時(shí)或連續(xù)采樣工作方式;
???? 3)同時(shí)采樣工作方式下,8個(gè)通道轉(zhuǎn)換時(shí)間為26.5ADC時(shí)鐘周期,即26.5×0.2μs=5.3μs;
???? 4)可由PWM的內(nèi)部同步信號(hào)或定時(shí)器或外部信號(hào)觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換。
???? 為提高轉(zhuǎn)換速度,本系統(tǒng)采用同時(shí)采樣工作方式,并由PWMA內(nèi)部同步信號(hào)觸發(fā)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。2個(gè)ADC模塊的配對(duì)情況如下:
???? AN0(100Hz電流取樣)——AN4(100Hz電壓取樣);
???? AN1(輸出交流電流取樣)——AN5(輸出交流電壓取樣);
???? AN2(輸入直流電壓取樣)——AN6(吸收管電流取樣);
???? AN3(溫度取樣)——AN7(參考電壓1.25V)。
???? 由于ADC采樣的量有直流量和交流量,故對(duì)兩種不同的量需進(jìn)行分別處理。
???? 直流量(輸入直流電壓、溫度及參考電壓1.25V)采用一般的數(shù)字濾波處理方式,表達(dá)式如式(5)。
???? X=(5)
式中:X為A/D采樣結(jié)果;
????? X(n-1)為第n-1次的采樣結(jié)果;
????? X(n)為第n次的采樣結(jié)果;
????? K1、K2為修正系數(shù)。
???? 交流分量包括100Hz電壓、電流、輸出電壓、電流、吸收管電流。在一個(gè)周期內(nèi)(10ms)采樣160次,根據(jù)式(6)~式(8)算出有關(guān)的功率值。
???? S=Ks[|U(i)|×|I(i)|](6)
???? P=Kp[U(i)×I(i)](7)
???? Q=(8)
式中:S為視在功率;
????? P為有功功率;
????? Q為無功功率;
????? Ks、Kp為修正系數(shù)。
3.3? PWM電路
???? DSP56F805 PWM模塊具有以下主要特點(diǎn):
???? 1)3組互補(bǔ)的PWM對(duì)或6個(gè)獨(dú)立的PWM;
???? 2)死區(qū)可調(diào);
???? 3)半周期重裝載能力;
???? 4)20mA輸出驅(qū)動(dòng)能力。
???? 本系統(tǒng)2個(gè)PWM模塊工作方式如下:
???? PWMA0,PWMA1(SPWM0,SPWM1)工作于互補(bǔ)的PWM對(duì),用于產(chǎn)生SPWM調(diào)制波,載波為64kHz,調(diào)制波為100Hz;
???? PWMA2,PWMA3(PWM0,PWM1)工作于軟件控制的I/O,產(chǎn)生50Hz方波信號(hào)。把100Hz半波變換為50Hz全波;
???? PWMA4(D/A)工作于D/A,根據(jù)機(jī)內(nèi)溫度或損耗產(chǎn)生修正的信號(hào)調(diào)整吸收功率管;
???? PWMB0,PWMB1,PWMB2(F0~F2)工作于軟件控制的I/O,用以控制補(bǔ)償電路。
3.4? 并機(jī)與同步電路
???? 同步電路由PA0,PA1完成,其中PA0為輸入腳,檢測(cè)外部(其它的逆變單元)的50Hz同步信號(hào),PA1為輸出腳,用以送出本機(jī)的50Hz同步信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)上電后,本機(jī)先檢測(cè)有無外部同步信號(hào),若有則本機(jī)跟蹤外部的信號(hào),并發(fā)出一個(gè)同步信號(hào),若無則工作于本機(jī)的同步信號(hào)。
???? 并機(jī)由CAN完成。CAN模塊負(fù)責(zé)收集其它逆變單元的狀態(tài)值(電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率等)并發(fā)送本身的狀態(tài)值。
3.5? 檢測(cè)、控制及顯示電路
???? 1)PD2設(shè)置為輸入口,當(dāng)S1開關(guān)合上后電源才啟動(dòng);
???? 2)PD6,PD7設(shè)置為輸入口,分別檢測(cè)輸入接觸器狀態(tài)及輸出斷路器狀態(tài),只有兩個(gè)都正常逆變單元才工作;
???? 3)PB0~PB7,PD0,PD1,PE2為L(zhǎng)CD顯示控制電路,其中PE2為輸入口,為顯示菜單按鍵S2,PD0,PD1為輸出口,控制LCD的RS及E,PB0~PB7為輸出口,送出信號(hào)給LCD的數(shù)據(jù)口DB0~DB7;
???? 由于采用16×2位字符型LCD模塊,查手冊(cè)知LCD的門限電壓為
???? Vih(min)=2.2V,Vil(max)=0.6V,
???? 符合DSP芯片的邏輯,故DSP56F805可直接驅(qū)動(dòng)LCD,不須電平轉(zhuǎn)換;
???? 4)PD3~PD5,PE4~PE7為輸出口,分別控制有關(guān)指示燈及繼電器等。
3.6? JTAG/OnCE電路
???? DSP56F805提供JTAG/OnCE電路可方便用戶把程序?qū)懭肫瑑?nèi)的Flash閃存,也方便用戶在線編程、修改和升級(jí)軟件。
3.7? RS-232、時(shí)鐘及電源電路
???? DSP56F805內(nèi)帶兩組SCI,本系統(tǒng)用了SCI0作為RS232接口,若單機(jī)使用時(shí)RS232作為通信口與PC機(jī)相連,若并機(jī)使用,則該口不用,由主監(jiān)控器負(fù)責(zé)與PC機(jī)通訊。
???? DSP56F805有一個(gè)帶PLL鎖相環(huán)時(shí)鐘單元,通過軟件編程可方便改變DSP的時(shí)鐘。
???? DSP56F805主電路由+3.3V供電。
???? 為防止噪聲干擾影響A/D轉(zhuǎn)換精度,A/D采用獨(dú)立供電系統(tǒng)。
???? 若外部的數(shù)字電路有+5V供電系統(tǒng),與DSP接口必要時(shí)須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
4? 系統(tǒng)軟件
4.1? 軟件原理
???? 系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字正弦信號(hào),并穩(wěn)定輸出信號(hào)電壓,管理各種設(shè)備,并且完成并機(jī)的協(xié)調(diào)工作。
???? 系統(tǒng)軟件通過查表的方式把數(shù)字信號(hào)送到脈沖寬度調(diào)制電路形成正弦信號(hào)Us,通過對(duì)輸出信號(hào)的采樣反饋得到Uf,經(jīng)過修正輸出正弦信號(hào)的幅值以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。其結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。
圖5? 穩(wěn)壓反饋原理圖
???? 考慮到電感性負(fù)載對(duì)逆變器工作的損害,本機(jī)采用電容補(bǔ)償。在對(duì)輸出電壓和電流進(jìn)行密集采樣之后,算出視在功率S、有功功率P及無功功率Q,
???? S=Ks[|U(i)|× |I(i)|](9)
???? P=Kp[U(i)×I(i)](10)
????? Q=(11)
????? 根據(jù)無功功率的大小和本機(jī)的特性參數(shù),設(shè)定無功功率允許窗口,利用查表方法投入適當(dāng)?shù)碾娙萁M合,達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?br />
4.2? 軟件模塊結(jié)構(gòu)
???? 本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì),根據(jù)任務(wù)可分為7個(gè)模塊:系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)字正弦信號(hào)產(chǎn)生及輸出穩(wěn)定模塊、補(bǔ)償模塊、并機(jī)均流模塊、故障檢測(cè)處理模塊、顯示模塊、通信模塊。其流程如圖6所示。
?
圖6? 軟件模塊框圖
4.2.1? 系統(tǒng)初始化模塊
???? 系統(tǒng)初始化模塊包括:中斷及優(yōu)先權(quán)設(shè)置、PWM設(shè)置、定時(shí)設(shè)置、A/D設(shè)置、通用輸入輸出口設(shè)置、通信口設(shè)置等。系統(tǒng)初始化模塊是DSP工作的開始,程序放在DSP_ init()子程序及appcofig.h程序中。
4.2.2? 數(shù)字正弦信號(hào)產(chǎn)生及輸出穩(wěn)定模塊
???? 數(shù)字正弦信號(hào)產(chǎn)生及輸出穩(wěn)定模塊,又分為信號(hào)采樣及處理模塊、輸出穩(wěn)定模塊、PWM重加載中斷服務(wù)模塊等3個(gè)子模塊。
???? 其中信號(hào)采樣及處理模塊又分為:A/D采樣,有功功率計(jì)算,無功功率計(jì)算,功率因數(shù)計(jì)算,輸出電壓有效值計(jì)算,輸出電流有效值計(jì)算等。
???? 輸出信號(hào)穩(wěn)定模塊主要任務(wù)是根據(jù)給定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(輸出220V)和輸出的反饋信號(hào)之差采用模糊算法,以最快的速度把輸出電壓調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)值。
???? PWM重加載中斷優(yōu)先級(jí)最高。為保證以最快的速度完成PWM重加載工作,此程序采用匯編語(yǔ)言,利用DSP56F805的快速16位數(shù)的乘法,在約3μs內(nèi)完成重加載的計(jì)算工作。
4.2.3? 補(bǔ)償模塊
???? 逆變器在帶感性負(fù)載時(shí),一方面功率因數(shù)降低,降低了逆變器的有功功率,另一方面滯后的電流會(huì)給逆變器帶來危害。補(bǔ)償模塊的作用是在帶感性負(fù)載時(shí),用投入適當(dāng)電容的方法對(duì)感性負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)信號(hào)采樣模塊計(jì)算出無功功率Q和本機(jī)最大允許無功功率ΔQ,采用模糊算法以最快的速度把無功功率調(diào)整到允許范圍內(nèi)。
4.2.4? 并機(jī)均流模塊
???? 并機(jī)均流模塊是為多單元并聯(lián)輸出時(shí)用的。它不僅保證各單元輸出電壓的幅度、頻率、相位一致,而且還要求各單元的輸出負(fù)載均流。通過CAN總線對(duì)參與并機(jī)的各單元電流進(jìn)行分析、計(jì)算,使本單元電流為總電流的1/N,達(dá)到均流的目的。
???? 定時(shí)鎖相電路用來檢測(cè)相位和頻率,使數(shù)字正弦信號(hào)產(chǎn)生器輸出的相位和頻率一致。
4.2.5? 故障檢測(cè)處理模塊
???? 故障檢測(cè)處理模塊分別對(duì)輸入電壓太高或太低、輸出電壓太高或太低、輸出過載,PWM電路故障、機(jī)內(nèi)溫度、開關(guān)管狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)所檢測(cè)的故障分為兩類分別進(jìn)行不同情況處理:對(duì)于非致命性故障采用故障顯示及報(bào)警;對(duì)于致命性故障除采用故障顯示及報(bào)警外,還關(guān)閉PWM工作以防進(jìn)一步損害其它器件。
4.2.6? 顯示模塊
???? 顯示模塊是用來顯示逆變電源的工作狀態(tài)和參數(shù),顯示的參數(shù)主要有Vin、Iin、Vout、Iout、Pout、θ等。由于采用16X2的LCD,每次只能顯示Vout及另一個(gè)參數(shù),通過循環(huán)按動(dòng)S2鍵可顯示其它參數(shù)。
4.2.7? 通信模塊
???? 通信模塊是獨(dú)立于其它模塊單獨(dú)工作的,通過CAN總線管理進(jìn)行多單元通信工作。各并聯(lián)運(yùn)行的單元之間,采用數(shù)據(jù)包的方式進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)包中包含有一個(gè)數(shù)據(jù)包標(biāo)志及若干個(gè)數(shù)據(jù)塊。每個(gè)數(shù)據(jù)中又包含了參與并聯(lián)單元的標(biāo)識(shí)號(hào)、輸出電流值等信息。通信模塊就是負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收工作,它是獨(dú)立工作的。它和并機(jī)均流模塊采用通信的方式傳送數(shù)據(jù),并機(jī)均流模塊計(jì)算出本機(jī)的輸出電流后把它放在緩沖區(qū)內(nèi),并通知通信模塊發(fā)送信號(hào),當(dāng)通信模塊收到并機(jī)均流模塊的發(fā)送信號(hào)后,等到數(shù)據(jù)包到達(dá)本機(jī)后,本機(jī)狀態(tài)加入數(shù)據(jù)包中并發(fā)送出去,同時(shí)也向并機(jī)均流模塊發(fā)送有效數(shù)據(jù)包信號(hào)。并機(jī)均流模塊收到通信模塊發(fā)送來的信號(hào)后就到緩沖區(qū)中取走數(shù)據(jù)。
???? 本系統(tǒng)采用Motorola公司的MSCAN軟件進(jìn)行CAN通信軟件的編程,方便快捷。
4.3? 主程序清單
???? 主程序框圖見圖7,主程序清單如下:
main ( )
{
Dsp_init ( ) ; /* 系 統(tǒng) 初 始 化 * /
adc_tans ( ) ; /* 輸 入 電 壓 采 樣 * /
chech_VI _ IAI_TT( ); /* 檢 查 輸 入 電 壓 是 否 合 適 * /
while ( 1 )
{
if ( PWMA_INT_F!=0 ) /* 是 否 有 PWM重 加 載 中 斷 到 來 * /
{
adc_trans ( ) ; /* 把 A/D采 樣 結(jié) 果 送 入 相 應(yīng) 緩 沖 區(qū) * /
bace_hot_protect( ); /* 送 出 脈 沖 調(diào) 寬 波 形 到 PWMA4 * /
if(OP_FLAG!=0 ) /* 判 斷 是 否 過 零 * /
{
phase_Output_U2_Change ( ) ; /* 橋 式 開 關(guān) 倒 相 * /
Move_Buffers ( ) ; /* 將 第 一 級(jí) 緩 沖 區(qū) 內(nèi) 容 轉(zhuǎn) 存 到 第 二 級(jí) 緩 沖 區(qū) * /
Multiple_count ( ); /* 計(jì) 算 有 功 功 率 P, 視 在 功 率 S、 電 壓 有 效 值 、 電 流 有 效 值 * /
If ( STRAT_FLAG = 0 ) /* 是 否 剛 開 機(jī) * /
{
Narmal_V2_corr_kh ( ); /* 正 常 計(jì) 算 脈 寬 * /
}
else
{
Start_V2_corr_kk ( ); /* 慢 起 動(dòng) , 計(jì) 算 脈 寬 * /
}
count_IACP ( ) ; /* 均 流 計(jì) 算 * /
count_power_compensate ( ) ; /* 功 率 因 素 補(bǔ) 償 計(jì) 算 * /
check_VI_IAI_TT ( ); /* 檢 測(cè) 輸 入 電 壓 是 否 異 常 , 是 否 過 載 , 溫 度 是 否 過 高 * /
}
}
}
}
中 斷 程 序 如 下 :
void PWM_Reload_A_callback ( void ) ; /* PWMA重 加 載 中 斷 , 根 據(jù) 相 位 送 出 不 同 指 令 * /
void SX_callback ( void ) ; /* 鎖 相 中 斷 * /
void HSCAN_Callback ( void ) ; /* MSCAN 中 斷 收 發(fā) 程 序 * /
圖7? 主程序流程圖
4.3? 特殊軟件算法說明
???? 本機(jī)需要調(diào)整的量有:輸出電壓幅度、頻率、相位、功率因數(shù)、均流等,所有的算法都采用模糊算法。
???? 輸出電壓調(diào)整的輸入變量有電壓偏差E和變化率ΔE,輸出控制量為脈沖寬度Zc,因此對(duì)輸入變量
???? 定義了兩個(gè)語(yǔ)言:電壓偏差和變化率。電壓偏差其模糊值為5個(gè),即低、較低、中等、較高、高。對(duì)于變化率有3個(gè)模糊值,即減小、不變和增大。根據(jù)以上定義作相應(yīng)的模糊判決。
???? 功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)妮斎胱兞繛橛泄β势睿捶答仧o功功率和允許無功功率之差),其模糊值有3個(gè),即負(fù)、正好、過大。其輸出控制量為投入電容的容量,電容的容量組合有8種,可根據(jù)有功功率偏差來確定電容的容量組合。
5? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
???? 我們采用DSP56F805做出2臺(tái)逆變電源樣機(jī),試驗(yàn)結(jié)果令人滿意。
???? 圖8為50Hz驅(qū)動(dòng)波形,圖9為100Hz半波波形,圖10、圖11為SPWM波形。
?
?
圖8? 50Hz驅(qū)動(dòng)波形
?
圖9? 100Hz半波波形
圖10? SPWM調(diào)制波形(低頻)
圖11? SPWM調(diào)制波形(高頻)
???? 主要技術(shù)參數(shù)如下:
???? 輸入電壓???? DC40~60V
???? 輸出電壓???? AC220(1±1%)V
???? 輸出頻率???? 50Hz±0.001Hz
???? 輸出功率???? 2000VA
???? 均流偏差???? ≤2%
???? 整機(jī)效率???? ≥89%
6? 結(jié)語(yǔ)
???? 本文介紹了基于DSP56F805數(shù)字化控制的可并機(jī)的逆變電源原理,提出了控制信號(hào)的產(chǎn)生過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了數(shù)字化實(shí)現(xiàn)的正確性,取得了較好的結(jié)果?;贒SP56F805控制的可并機(jī)的逆變電源具有實(shí)時(shí)性好、控制精度高、開發(fā)方便和成本低等優(yōu)點(diǎn)。
評(píng)論
查看更多