專(zhuān)利名稱(chēng)：基于dsp控制的可逆變流器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)科領(lǐng)域，是交-直流整流電源系統(tǒng)，尤其是一種基于DSP控制的可逆變流器裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，傳統(tǒng)整流電源系統(tǒng)通常是由二極管或晶閘管組成的非線性電路，它們主要存在以下缺點(diǎn)(1)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低；(2)輸入電流諧波含量高；(3)交流側(cè)電網(wǎng)電壓波形畸變。另外，目前應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的變流器，大多數(shù)都是根據(jù)用戶(hù)的需要進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，并采用相應(yīng)的技術(shù)手段，因此通用性不強(qiáng)；而且該類(lèi)系統(tǒng)的控制部分大多采用模擬器件控制或者傳統(tǒng)的單片機(jī)控制，其可靠性不高，尤其對(duì)一些諧波指標(biāo)要求嚴(yán)格的設(shè)備，其應(yīng)用具有很大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于DSP控制的可逆變流器裝置，它可以解決傳統(tǒng)變流器的上述弊端，使系統(tǒng)具有單位功率因數(shù)、諧波含量低且能夠消除交流側(cè)電網(wǎng)電壓畸變的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種基于DSP控制的可逆變流器裝置，它包括電網(wǎng)和負(fù)載，其特征在于它是由DSP控制器、隔離變壓器、交流濾波器、電流傳感器、信號(hào)適配電路I、IGBT橋式電路、信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路、直流濾波器、電壓傳感器以及信號(hào)適配電路II構(gòu)成；所說(shuō)的DSP控制器的輸入端分別連接信號(hào)適配電路I的輸出端、信號(hào)適配電路II的輸出端和信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，其輸出端連接信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路的輸入端；所說(shuō)的隔離變壓器的輸入端連接電網(wǎng)電壓的輸出端，其輸出端連接交流濾波器的輸入端和信號(hào)適配電路I的輸入端；所說(shuō)的交流濾波器的輸出端連接IGBT橋式電路的輸入端和電流傳感器的輸入端；所說(shuō)的電流傳感器的輸出端連接信號(hào)適配電路I的輸入端；所說(shuō)的IGBT橋式電路的輸入端連接交流濾波器和信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路電路的輸出端，其輸出端連接信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路電路的輸入端和直流濾波器的輸入端；所說(shuō)的直流濾波器的輸出端連接電壓傳感器的輸入端和負(fù)載的輸入端；所說(shuō)的電壓傳感器的輸出端連接信號(hào)適配電路II的輸入端。
上述所說(shuō)的隔離變壓器采用三角形/星形的繞組形式。
上述所說(shuō)的交流濾波器包括電抗器。
上述所說(shuō)的電流傳感器采用霍爾元件。
上述所說(shuō)的信號(hào)適配電路I和信號(hào)適配電路II是由放大器和反向器組成；所說(shuō)的放大器的輸入端分別輸入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和參考電壓信號(hào)，其輸出端連接反向器的輸入端；所說(shuō)的反向器的輸出端連接DSP控制器的輸入端；所說(shuō)的放大器由R11、R12、R13、R14和比較器U1A組成；所說(shuō)的反向器由R15、R16、R17和比較器U1B組成。
上述所說(shuō)的信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路包括短路錯(cuò)誤信號(hào)處理電路及IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)處理電路；所說(shuō)的短路錯(cuò)誤信號(hào)處理電路由R21、R22、R23、R24、R25、R26和比較器U2組成，其輸入端分別輸入直通信號(hào)和參考電壓信號(hào)，輸出端連接DSP控制器的輸入端；所說(shuō)的IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)處理電路由R31、R32、R33、R34、R35和比較器U3組成，其輸入端連接DSP控制器的輸出端，同時(shí)輸入?yún)⒖茧妷盒盘?hào)，其輸出端連接IGBT橋式電路的輸入端。
上述所說(shuō)的IGBT橋式電路包括6個(gè)IGBT和6個(gè)二極管為常規(guī)連接。
上述所說(shuō)的直流濾波器采用電解電容。
上述所說(shuō)的電壓傳感器包括交流電壓傳感器和直流電壓傳感器；其中所說(shuō)的交流電壓傳感器采用信號(hào)變壓器；所說(shuō)的直流電壓傳感器采用霍爾元件。
本實(shí)用新型的工作原理系統(tǒng)工作時(shí)從電網(wǎng)輸出端采樣輸出電壓經(jīng)適配電路和A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)入DSP控制器與給定的電壓信號(hào)比較產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)進(jìn)入PI調(diào)節(jié)，并與采樣的交流電壓信號(hào)相乘得到參考電流的指令信號(hào)，然后將此參考電流與實(shí)際電流的采樣信號(hào)比較，若實(shí)際電流大于給定值，則通過(guò)改變變流器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)使之減小，反之增大。這樣，實(shí)際電流圍繞給定電流波形做鋸齒狀變化，并將偏差控制在一定范圍，通過(guò)改進(jìn)的正弦滯環(huán)寬度控制方法計(jì)算出一系列高頻的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路觸發(fā)IGBT，控制各管的關(guān)斷與開(kāi)通，當(dāng)6個(gè)IGBT控制端都不加觸發(fā)脈沖時(shí)，此電路就是一個(gè)三相不控橋式整流電路，系統(tǒng)屬于二極管橋式電路工作在整流狀態(tài)，如果濾波電容Co足夠大，則直流側(cè)輸出直流電壓Uo≈2.44E，其中E為三相交流電源電動(dòng)勢(shì)有效值，由于電感的作用，交流側(cè)相電流滯后交流相電壓，使整流電路功率因數(shù)較低，如果此時(shí)按著一定的時(shí)序和組合狀態(tài)開(kāi)通六個(gè)IGBT中的一個(gè)或幾個(gè)，改變系統(tǒng)的工作狀態(tài)，從而就能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)正弦輸入電流和單位功率因數(shù)。整個(gè)系統(tǒng)的控制采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)相結(jié)合的雙閉環(huán)控制方式，電壓外環(huán)保證穩(wěn)定的直流輸出電壓，電流內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)控制，并提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。
信號(hào)適配電路I和信號(hào)適配電路II的工作原理輸入信號(hào)處理電路完成系統(tǒng)中模擬信號(hào)的信號(hào)調(diào)理，將-5V～+5V的雙極性模擬信號(hào)變換為0～3.0V的單極性模擬信號(hào)；信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路的工作原理短路錯(cuò)誤信號(hào)處理電路將完成直通短路錯(cuò)誤數(shù)字輸入信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換，將0-15V的數(shù)字信號(hào)變換為0-3.3V的數(shù)字信號(hào)，共有3組，完成橋式功率電路的3個(gè)橋臂保護(hù)信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換完的數(shù)字信號(hào)送入IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)處理電路完成對(duì)輸出數(shù)字信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換，將0-3.3V的數(shù)字信號(hào)變換為0-15V的數(shù)字信號(hào)，共有6組，完成六個(gè)功率元件信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
IGBT橋式電路的工作原理系統(tǒng)在正常運(yùn)行過(guò)程中，二極管橋式電路工作在整流狀態(tài)，與此同時(shí)，按著一定的時(shí)序和組合狀態(tài)開(kāi)通六個(gè)IGBT中的一個(gè)或幾個(gè)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)正弦輸入電流和單位功率因數(shù)。
直流濾波器的工作原理可以濾除由于器件高頻開(kāi)關(guān)動(dòng)作造成的直流電壓的紋波，并且當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，在整流器的慣性延時(shí)期間內(nèi)，將直流電壓的波動(dòng)維持在限定的范圍內(nèi)。
本實(shí)用新型的優(yōu)越性及技術(shù)效果①系統(tǒng)具有單位功率因數(shù)與較低的諧波，控制性能高；②采用新的調(diào)制方式，使得系統(tǒng)既有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)、穩(wěn)定性和魯棒性，又減小了裝置對(duì)電網(wǎng)形成諧波擾動(dòng)；③對(duì)輸入電流進(jìn)行了實(shí)時(shí)的控制，可以改變電力變換系統(tǒng)中交流電流的相位，減小甚至消除電力系統(tǒng)中的高次諧波；④改變裝置中的有功、無(wú)功電流，顯著提高了輸電系統(tǒng)的傳輸功率能力，具有較大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。


圖1為本實(shí)用新型所涉基于DSP控制的可逆變流器裝置的工作原理框圖；圖2為本實(shí)用新型所涉基于DSP控制的可逆變流器裝置中信號(hào)適配電路I和信號(hào)適配電路II的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實(shí)用新型所涉基于DSP控制的可逆變流器裝置中信號(hào)適配電路I和信號(hào)適配電路II的結(jié)構(gòu)圖；圖4為本實(shí)用新型所涉基于DSP控制的可逆變流器裝置中信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)圖(其中圖4-a為短路錯(cuò)誤信號(hào)處理電路；圖4-b為IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)處理電路)。
圖5為本實(shí)用新型所涉基于DSP控制的可逆變流器裝置中IGBT橋式電路的結(jié)構(gòu)圖；圖6為本實(shí)用新型所涉基于DSP控制的可逆變流器裝置的工作狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一種基于DSP控制的可逆變流器裝置(見(jiàn)圖1)，它包括電網(wǎng)和負(fù)載，其特征在于它是由DSP控制器、隔離變壓器、交流濾波器、電流傳感器、信號(hào)適配電路I、IGBT橋式電路、信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路、直流濾波器、電壓傳感器以及信號(hào)適配電路II構(gòu)成；所說(shuō)的DSP控制器的輸入端分別連接信號(hào)適配電路I的輸出端、信號(hào)適配電路II的輸出端和信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，其輸出端連接信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路的輸入端；所說(shuō)的隔離變壓器的輸入端連接電網(wǎng)電壓的輸出端，其輸出端連接交流濾波器的輸入端和信號(hào)適配電路I的輸入端；所說(shuō)的交流濾波器的輸出端連接IGBT橋式電路的輸入端和電流傳感器的輸入端；所說(shuō)的電流傳感器的輸出端連接信號(hào)適配電路I的輸入端；所說(shuō)的IGBT橋式電路的輸入端連接交流濾波器和信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路電路的輸出端，其輸出端連接信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路電路的輸入端和直流濾波器的輸入端；所說(shuō)的直流濾波器的輸出端連接電壓傳感器的輸入端和負(fù)載的輸入端；所說(shuō)的電壓傳感器的輸出端連接信號(hào)適配電路II的輸入端。
上述所說(shuō)的隔離變壓器采用三角形/星形的繞組形式。
上述所說(shuō)的交流濾波器采用有鐵心的繞組形式。
上述所說(shuō)的電流傳感器采用霍爾元件。
上述所說(shuō)的信號(hào)適配電路I和信號(hào)適配電路II(見(jiàn)圖2-3)是由放大器和反向器組成；所說(shuō)的放大器的輸入端分別輸入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和參考電壓信號(hào)，其輸出端連接反向器的輸入端；所說(shuō)的反向器的輸出端連接DSP控制器的輸入端；所說(shuō)的放大器由R11、R12、R13、R14和比較器U1A組成；所說(shuō)的反向器由R15、R16、R17和比較器U1B組成。
上述所說(shuō)的信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路(見(jiàn)圖4)包括短路錯(cuò)誤信號(hào)處理電路及IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)處理電路；所說(shuō)的短路錯(cuò)誤信號(hào)處理電路(見(jiàn)圖4-a)由R21、R22、R23、R24、R25、R26和比較器U2組成，其輸入端分別輸入直通信號(hào)和參考電壓信號(hào)，輸出端連接DSP控制器的輸入端；所說(shuō)的IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)處理電路(見(jiàn)圖4-b)由R31、R32、R33、R34、R35和比較器U3組成，其輸入端連接DSP控制器的輸出端，同時(shí)輸入?yún)⒖茧妷盒盘?hào)，其輸出端連接IGBT橋式電路的輸入端。
上述所說(shuō)的IGBT橋式電路(見(jiàn)圖5)包括6個(gè)IGBT和6個(gè)二極管為常規(guī)連接。
上述所說(shuō)的直流濾波器采用鋁電解電容。
上述所說(shuō)的電壓傳感器包括交流電壓傳感器和直流電壓傳感器；其中所說(shuō)的交流電壓傳感器采用信號(hào)變壓器；所說(shuō)的直流電壓傳感器采用霍爾元件。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程為本系統(tǒng)工作時(shí)從系統(tǒng)輸出端采樣輸出電壓經(jīng)適配電路和A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)入DSP控制器與給定的電壓信號(hào)比較產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)進(jìn)PI調(diào)節(jié)器與采樣的交流電壓信號(hào)相乘得到參考電流的指令信號(hào)，然后與實(shí)際電流的采樣信號(hào)比較通過(guò)改進(jìn)的正弦滯環(huán)寬度控制方法計(jì)算出一系列高頻的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路觸發(fā)IGBT，控制其關(guān)斷開(kāi)通，從而改變系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)正弦輸入電流和單位功率因數(shù)(見(jiàn)圖6)。
權(quán)利要求1.一種基于DSP控制的可逆變流器裝置，它包括電網(wǎng)和負(fù)載，其特征在于它是由DSP控制器、隔離變壓器、交流濾波器、電流傳感器、信號(hào)適配電路I、IGBT橋式電路、信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路、直流濾波器、電壓傳感器以及信號(hào)適配電路II構(gòu)成；所說(shuō)的DSP控制器的輸入端分別連接信號(hào)適配電路I的輸出端、信號(hào)適配電路II的輸出端和信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，其輸出端連接信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路的輸入端；所說(shuō)的隔離變壓器的輸入端連接電網(wǎng)電壓的輸出端，其輸出端連接交流濾波器的輸入端和信號(hào)適配電路I的輸入端；所說(shuō)的交流濾波器的輸出端連接IGBT橋式電路的輸入端和電流傳感器的輸入端；所說(shuō)的電流傳感器的輸出端連接信號(hào)適配電路I的輸入端；所說(shuō)的IGBT橋式電路的輸入端連接交流濾波器和信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路電路的輸出端，其輸出端連接信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路電路的輸入端和直流濾波器的輸入端；所說(shuō)的直流濾波器的輸出端連接電壓傳感器的輸入端和負(fù)載的輸入端；所說(shuō)的電壓傳感器的輸出端連接信號(hào)適配電路II的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1中所說(shuō)的一種基于DSP控制的可逆變流器裝置，其特征在于所說(shuō)的隔離變壓器采用三角形/星形的繞組形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1中所說(shuō)的一種基于DSP控制的可逆變流器裝置，其特征在于所說(shuō)的交流濾波器包括電抗器。
4.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1中所說(shuō)的一種基于DSP控制的可逆變流器裝置，其特征在于所說(shuō)的電流傳感器采用霍爾元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1中所說(shuō)的一種基于DSP控制的可逆變流器裝置，其特征在于所說(shuō)的信號(hào)適配電路I和信號(hào)適配電路II是由放大器和反向器組成；所說(shuō)的放大器的輸入端分別輸入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和參考電壓信號(hào)，其輸出端連接反向器的輸入端；所說(shuō)的反向器的輸出端連接DSP控制器的輸入端；所說(shuō)的放大器由R11、R12、R13、R14和比較器U1A組成；所說(shuō)的反向器由R15、R16、R17和比較器U1B組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1中所說(shuō)的一種基于DSP控制的可逆變流器裝置，其特征在于所說(shuō)的信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路包括短路錯(cuò)誤信號(hào)處理電路及IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)處理電路；所說(shuō)的短路錯(cuò)誤信號(hào)處理電路由R21、R22、R23、R24、R25、R26和比較器U2組成，其輸入端分別輸入直通信號(hào)和參考電壓信號(hào)，輸出端連接DSP控制器的輸入端；所說(shuō)的IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)處理電路由R31、R32、R33、R34、R35和比較器U3組成，其輸入端連接DSP控制器的輸出端，同時(shí)輸入?yún)⒖茧妷盒盘?hào)，其輸出端連接IGBT橋式電路的輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1中所說(shuō)的一種基于DSP控制的可逆變流器裝置，其特征在于所說(shuō)的直流濾波器采用電解電容。
8.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1中所說(shuō)的一種基于DSP控制的可逆變流器裝置，其特征在于所說(shuō)的電壓傳感器包括交流電壓傳感器和直流電壓傳感器；其中所說(shuō)的交流電壓傳感器采用信號(hào)變壓器；所說(shuō)的直流電壓傳感器采用霍爾元件。
專(zhuān)利摘要一種基于DSP控制的可逆變流器裝置，它包括電網(wǎng)和負(fù)載，其特征在于它是由DSP控制器、隔離變壓器、交流濾波器、電流傳感器、信號(hào)適配電路I、IGBT橋式電路、信號(hào)處理及驅(qū)動(dòng)電路、直流濾波器、電壓傳感器以及信號(hào)適配電路II構(gòu)成；本實(shí)用新型的優(yōu)越性及技術(shù)效果①系統(tǒng)具有單位功率因數(shù)與較低的諧波，控制性能高；②采用新的調(diào)制方式，使得系統(tǒng)既有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)、穩(wěn)定性和魯棒性，又減小了裝置對(duì)電網(wǎng)形成諧波擾動(dòng)；③對(duì)輸入電流進(jìn)行了實(shí)時(shí)的控制，可以改變電力變換系統(tǒng)中交流電流的相位，減小甚至消除電力系統(tǒng)中的高次諧波；④改變裝置中的有功、無(wú)功電流，顯著提高了輸電系統(tǒng)的傳輸功率能力，具有較大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。
文檔編號(hào)H02M1/12GK2884687SQ20062002566
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者魏克新, 張書(shū)軍, 岳有軍 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)