《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于DSP的離網(wǎng)型永磁同步發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器
來源:微型機(jī)與應(yīng)用2014年第4期
楊 剛,張家冰
(華僑大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院,福建 廈門361021)
摘要: 針對(duì)目前離網(wǎng)型永磁同步發(fā)電機(jī)輸出電壓不穩(wěn)定及難以調(diào)節(jié)的問題,先將輸出電壓整流成直流電壓,再將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷狠敵?。逆變電路采用SPWM算法,并以DSP作為控制核心。經(jīng)過整流、逆變后,發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定,并且能對(duì)輸出電壓方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)。
Abstract:
Key words :

摘  要: 針對(duì)目前離網(wǎng)型永磁同步發(fā)電機(jī)輸出電壓不穩(wěn)定及難以調(diào)節(jié)的問題,先將輸出電壓整流成直流電壓,再將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷狠敵?。逆變電路采?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/SPWM" title="SPWM" target="_blank">SPWM算法,并以DSP作為控制核心。經(jīng)過整流、逆變后,發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定,并且能對(duì)輸出電壓方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)。
關(guān)鍵詞: 同步發(fā)電機(jī);電壓調(diào)節(jié);SPWM;DSP

 永磁同步電機(jī)具有良好的性能優(yōu)勢(shì)以及廣闊的發(fā)展前景,但它也并非完美無缺,依然存在許多問題。這些問題得不到解決將會(huì)阻礙永磁同步電機(jī)的發(fā)展。電壓調(diào)整率是發(fā)電機(jī)最重要的性能指標(biāo)之一,其數(shù)值完全由發(fā)電機(jī)本身的固有特性所決定。發(fā)電機(jī)接上負(fù)載后,由于內(nèi)阻抗壓降及電樞反應(yīng)產(chǎn)生的去磁效果,輸出電壓會(huì)降低。傳統(tǒng)電機(jī)可以通過增加勵(lì)磁電流加強(qiáng)磁場(chǎng)來調(diào)節(jié),但是永磁電機(jī)的主磁場(chǎng)由永磁體提供,無法調(diào)節(jié),使得永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓難以控制,致使限制了它的應(yīng)用范圍。電力電子技術(shù)是近年來稀土永磁同步發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)領(lǐng)域非?;钴S的研究方向之一。電力電子技術(shù)作為弱電與強(qiáng)電聯(lián)系的紐帶,能為電功率流動(dòng)的控制及電能形態(tài)改變提供有力幫助。本文利用電力電子技術(shù)設(shè)計(jì)了一種永磁同步發(fā)電機(jī)的調(diào)壓方案。該方案設(shè)備簡(jiǎn)單,不改變電機(jī)本體,且調(diào)壓效果較好,具有較高實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。
1 整體方案
    本文利用電力電子技術(shù)中的交-直-交變換原理,采用TI公司的TMS320F2812作為主控芯片,將發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)過整流逆變之后,可將永磁發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi),而且可以根據(jù)實(shí)際負(fù)載需要對(duì)穩(wěn)定的電壓輸出值進(jìn)行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)的控制框圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)
    電源部分:系統(tǒng)的正常工作首先需要有穩(wěn)定可靠的電源。電路中共需要3路電源,分別為+15 V、模擬+5 V和數(shù)字+5 V。其中15 V電壓為IGBT驅(qū)動(dòng)電路供電,5 V數(shù)字電源為系統(tǒng)供電,5 V模擬電源為AD采樣等電路供電。由于模擬電源需要較高的精度,所以采用兩級(jí)穩(wěn)壓,先用78L06穩(wěn)壓得到+6 V,再用高精度、高線性度的TL431穩(wěn)壓得到紋波系數(shù)小的穩(wěn)定的+5 V模擬電源。
    IGBT模塊選用英飛凌的FS-30R06W1E3。FS-30R06-W1E3是一款高性能、集成的H橋IGBT模塊,其內(nèi)部原理如圖2所示,本設(shè)計(jì)只需用到其中的一個(gè)H橋即可。該IGBT可耐壓650 V,工作溫度為80 ℃時(shí)工作電流可達(dá)30 A。FS-30R06W1E3內(nèi)部集成NTC熱敏傳感器供外部設(shè)備對(duì)其溫度監(jiān)控。DSP可依據(jù)圖3熱敏電阻阻值與溫度的關(guān)系曲線圖通過查表法采集IGBT溫度,當(dāng)溫度過高時(shí)減小IGBT的輸出功率或關(guān)閉IGBT來實(shí)現(xiàn)熱保護(hù)。

    IGBT驅(qū)動(dòng)選用英飛凌公司的2ED020I06-FI芯片。該芯片可工作于母線電壓高達(dá)650 V的電路中,驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)+1 A/-2 A,工作電壓14 V~18 V。2ED020I06-FI的控制電平可兼容3.3 V的CMOS電平和5 V的TTL電平。2ED020I06-FI驅(qū)動(dòng)芯片是FS-30R06W1E3配套的驅(qū)動(dòng)模塊。2ED020I06-FI內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。


    利用DSP事件管理(EV)中的全比較單元,可以方便地產(chǎn)生6路帶有可編程死區(qū)和輸出極性的PWM波。載波的頻率(開關(guān)頻率)由定時(shí)器的定時(shí)周期和計(jì)數(shù)模式?jīng)Q定[4]。
    本文設(shè)計(jì)了一個(gè)離網(wǎng)型永磁同步發(fā)電機(jī)輸出電壓調(diào)節(jié)器。采用電力電子技術(shù)中的交-直-交變換技術(shù)并結(jié)合TMS320F2812作為控制芯片,能夠改善發(fā)電機(jī)輸出電壓不穩(wěn)定的缺點(diǎn),并且可以對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。
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