變頻電源作為電源系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全和可靠性指標(biāo)?，F(xiàn)代變頻電源以低功耗、高效率、電路簡(jiǎn)潔等顯著優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。三相變頻電源以MPWM方式制作，用主動(dòng)元件IGBT模塊設(shè)計(jì)使本機(jī)容量可達(dá)200KVA,以隔離變壓器輸入及輸出，來增加整機(jī)穩(wěn)定性，特別適應(yīng)感性，容性及特殊負(fù)載，負(fù)載測(cè)試和壽命試驗(yàn)可靠性高。
l 工作原理
系統(tǒng)總體電路結(jié)構(gòu)由主回路、控制電路、采樣電路、反饋電路和各類保護(hù)電路等部分組成，系統(tǒng)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)過三相濾波電路后得到標(biāo)準(zhǔn)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(diào)制波采用SPWM波，對(duì)正弦波輸出變頻電源進(jìn)行SPWM調(diào)制，數(shù)字化控制，是以TMS320F2812數(shù)字信號(hào)處理器為主控芯片，實(shí)現(xiàn)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(diào)制的方式，逆變器輸出信號(hào)經(jīng)三相無源濾波后得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。控制結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
1.4 軟啟動(dòng)功能及故障處理
電源系統(tǒng)設(shè)置了軟啟動(dòng)功能、開路保護(hù)、短路保護(hù)、MOSFET過流保護(hù)、缺相保護(hù)和負(fù)載不對(duì)稱保護(hù)。
電源控制系統(tǒng)有三種工作模式：正常工作模式，啟動(dòng)模式及保護(hù)模式。
當(dāng)電源開始工作或者在故障后啟動(dòng)的時(shí)候，為了防止負(fù)載側(cè)電壓上升過快而導(dǎo)致電路故障，我們采用軟啟動(dòng)的方法，這時(shí)，控制系統(tǒng)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(cè)通過對(duì)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)因母線電壓直接加上去而導(dǎo)致故障的發(fā)生。另外，在逆變電路的控制過程中，我們需要采用閉環(huán)控制方法，通過采樣記錄分析的數(shù)據(jù)調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率，當(dāng)負(fù)載側(cè)電壓上升到一定值的時(shí)候，我們?cè)賹㈦娐忿D(zhuǎn)入正常工作的模式之下，所以在軟啟動(dòng)條件下，負(fù)載側(cè)不會(huì)因瞬間出現(xiàn)的高電壓而發(fā)生故障。
在電源運(yùn)行的過程中，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電流破壞。過電流發(fā)生時(shí)，電路中的過流保護(hù)裝置會(huì)動(dòng)作，這時(shí)，控制電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)將被閉鎖，驅(qū)動(dòng)信號(hào)停發(fā)，電路由正常工作模式轉(zhuǎn)入保護(hù)控制模式。保護(hù)模式下，控制系統(tǒng)會(huì)在閉鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，經(jīng)過一定的時(shí)間，自動(dòng)地進(jìn)行重啟動(dòng)，如果再發(fā)生過電流，電源將停止工作。
2 軟件設(shè)計(jì)
2.1 軟件總體設(shè)計(jì)
軟件部分主要包括SPWM的產(chǎn)生，A/D轉(zhuǎn)換，PID調(diào)節(jié)，頻率捕獲，軟啟動(dòng)和保護(hù)。主要功能是通過正弦脈寬調(diào)制技術(shù)控制三相橋式逆變器，使其輸出頻率可調(diào)、幅值穩(wěn)定的三相正弦電壓，通過A/D轉(zhuǎn)換對(duì)輸出的電壓和電流進(jìn)行采樣，對(duì)輸出電壓、電流實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)電流超過3.6A時(shí)切斷三相逆變橋的輸出，對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。通過PID調(diào)節(jié)使輸出電壓變化時(shí)也能及時(shí)的做出反應(yīng)，使輸出電壓穩(wěn)定在36V。在系統(tǒng)的啟動(dòng)過程中使用軟啟動(dòng)減少電壓和電流對(duì)系統(tǒng)回路的沖擊。
主程序流程圖如圖5所示。
2.2 SPWM生成原理
SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法。前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。所謂SPWM,就是在PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)率排列，這樣輸出波形經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。它廣泛地用于直流交流逆變器等，比如高級(jí)一些的UPS就是一個(gè)例子。三相SPWM是使用SPWM模擬市電的三相輸出，在變頻器領(lǐng)域被廣泛的采用。
SPWM流程圖如圖6所示。在程序的初始化部分建立一個(gè)正弦表，在系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候可以通過查表的方式得到想要的數(shù)據(jù)。假設(shè)在一個(gè)正弦波周期內(nèi)采樣的次數(shù)為NX，則在第i個(gè)點(diǎn)的采樣值為
在實(shí)際使用中由于正弦表中的值要能被比較寄存器使用，所以不能出現(xiàn)負(fù)值，從上式可以看出當(dāng)此
時(shí)就不能正常使用了，因此可以把上面的公式改寫為下面的形式：
其中PR為周期寄存器中的計(jì)數(shù)周期值。
對(duì)yi取整，從i=1到i