自動化工程學院DSP期末論文題目：基于DSP的三相電壓型PWM整流器限制系統設計專業班級：限制理論與限制工程學號：2011020311學生姓名：賈路明2011年12月25日1.引言三相整流器在中等功率及大功率電能變換中應用很廣，通常作為逆變電路或是大型UPS電源的前級直流電源。依據限制策略的不同，三相電壓型PWM整流器的限制系統可由模擬電路或單片機擴展外圍設備來實現。模擬電路構成的限制系統叫單片機系統調整速度要快，但隨環境和溫度的變更，系統的參數會發生變更，且系統可能發生的故障點較多，維護相對困難。相對而言，單片機系統的穩定性更好，但由于單片機的固有特性，對于這樣一個多變量的困難系統，它的運算實力和運算速度難以滿意要求，影響系統的性能。文中指出一種采納DSP限制的三相整流器的新型間接電流限制系統，該系統以整流器前端電壓與電源電壓滯后角作為輸入變量，采納TMS320F2407為核心限制芯片，實現以空間矢量限制的數字算法和和快速、實時限制。系統結構緊湊簡潔，具有更廣泛的應用價值和前景。2.限制系統原理分析三相電壓型PWM整流器限制有干脆電流限制和間接電流限制兩種。在干脆電流限制中干脆檢測溝通側電流信號加以限制，系統響應快，動態響應好，但檢測量過多，可限制困難。間接電流限制又稱相位幅值限制，具有檢測量少、限制簡潔、概念清楚的特點，可得到最優的性能價格比。圖1為典型的三相電壓型整流器的主電路拓撲，圖2為三相PWM整流器的單相（A相）等效電路和電壓向量圖。Ea為輸入電源電壓幅值、Upa為橋臂中點電位即整流器前端電壓的基波幅值、UL（UL=ωIL）為升壓電感兩端電壓有效值（在等效電路中忽視了電感電阻），I為輸入電流幅值，為Upa滯后于Ea的電角度，為功率因數角。若要求功率因數為1，依據圖2b，Upa的大小應滿意下式：（1）假設輸出電容有一個中心抽頭，則圖1整流器輸入則a點對此中心抽頭間的電壓波形與開關元件的觸發波形一樣，即整流器前端電壓波形與開關元件PWM波形的相位及各脈沖間距均相同。因此，通過變更開關元件觸發信號的相位及調制比Mr就可以調整Upa的相位和幅值，從而達到實現功率因數為1。文中PWM信號采納空間矢量調制方式。在傳統的相位幅值可能告知方式中，在功率因數為1時，和Upa的算法完全依據向量圖并依靠于主電路參數，如下式：（2）（3）式（2）和式（3）的運算量較大并且與主電路參數相關聯，不易實現實時限制，系統存在受主電路參數影響的局限性。所提出的新型相位幅值限制是將PI調整器輸出作為滯后角的給定，而角作為被控對象的輸入變量并依據能量守恒原則和系統的調整關系以及向量關系確定限制算法，系統閉環結構框圖如圖3所示。這種限制策略是將誤差信號經PI調整器后輸出作為滯后角，其靜態關系如下：（4）限制過程：當負載擾動使Udc上升即誤差e下降時，由式（4）得出減小，從圖2b可知，輸入電流I隨之減小。依據能量守恒原則（忽視其他損耗）有：3EaI/2=Udc2/Rf，因此Udc將減小，即Udc負載擾動調整勝利。同理可知，當負載電壓Udc下降時，調整過程類似。將PI調整器的輸出轉換成角度（即角），并按式（1）計算出整流器前端電壓幅值Upa即可實現單位功率因數。PWM整流器的另一個主要方面就是PWM調制，在本系統中采納空間矢量脈寬調制即SVPWM，這是一種考慮綜合效果最優先的PWM方式，特殊適合于數字限制。各空間矢量在靠近給定矢量過程中所需時間計算公式（5）如下：式中Mr——調制比（6）依據上述分析，依據式（1）、（4）、（5）、（6）便可計算出所需的SVPWM數據，從而通過下述限制系統實時發出PWM波形。限制系統硬件設計系統核心限制芯片為：TI公司生產的TMS320F2407芯片。采納該芯片的限制系統與相同的單片機（以C51為例）限制系統比較，有以下優點：指令周期DSP為50ns、C51為1us；DSP采納并行處理技術解決了傳統單片機執行速度瓶頸；DSP采納外部設備集成技術，集成采納的外圍設備如：ADC轉換、串行通訊、9路PWM發波口、以及輸入輸出口等等。由一片DSP構成的限制系統通常只用很少的外圍設備就可以構成。文中限制系統硬件分析如下：由系統結構圖及限制策略可知，系統須要檢測：輸入電壓峰值與過零點；輸出電壓大小；參數給定電壓。依據系統限制要求，DSP的ADCIN2、ADCIN3口分別作為檢測輸出電壓和給定輸出電壓。由CAPTURE1來檢測輸入電源電壓過零點，PI調整器由模擬電路實現，系統硬件電路框圖如圖4所示。系統軟件設計主程序的作用是：初始化，開中斷，在等待中斷發生的空閑采集輸入信號，設置ADC轉換結束標記位為1。期間為保證程序正常運行要禁止看門狗。CAPTURE中斷的作用是：由CAPTURE1口檢測輸入電壓過零時刻。設置其為上升沿觸發F240中的INT2中斷。在CAPTURE中斷執行中推斷ADC結束標記位是否設置，然后確定是否賦初值，最終，開PWM中斷。在執行PWM中斷是推斷扇區，計算T1、T2確定開關依次。PWM中斷的作用是：由系統得出的誤差信號來計算空間矢量的各個脈沖的寬度。5.程序調試步驟1.調試打算(1)連接設備：關閉計算機和試驗箱電源；關閉試驗箱上的三個開關。(2)開啟設備：打開計算機電源；打開試驗箱電源開關，打開ICETEK-LF2407-A板上電源開關。如運用USB型仿真器用附帶的USB電纜連接計算機和仿真器相應接口，留意仿真器上兩個指示燈均亮。設置CodeComposerStudio為Emulator方式。2.啟動CodeComposerStudio:啟動CodeComposerStudio2.2。點擊菜單項Debug\Connect確認CCS軟件和仿真器連接在一起。創建新工程。選擇Project->New。在ProjectName框里輸入工程名：LED。點擊Finish，CCS創建一個叫做LED.prj的工程文件。選擇Project->AddfilestoProject，把文件加到工程里。從所創建的文件夾里添加main.c,DoLoop.c,和lnk.c(映射內存的連接吩咐文件)。3.編譯工程:單擊“Project”菜單，“Rebuildall”項，編譯工程中的文件，生成Timer.out文件。4.下載程序:單擊“File”菜單，“Loadprogram…”項，選擇F:\2407A\Lab3-Timer書目中的Timer.out文件，通過仿真器將其下載到2407ADSP上。運行程序視察示波器顯示結果:單擊“Debug”菜單，“Run”項，運行程序,查看結果。單擊“Debug”菜單，“Halt”項，停止程序運行。運行結果運行參數：電源電壓為220V，輸入電感為7mH，主開關器件采納GTO（600A/1300V）。圖7為DSP發出的三相空間矢量PWM波形。在本系統中采納了最小開關損耗方式，由圖7可以看到，在一個工頻周期內有1/3時間沒有開關動作，從這個意義上講，可以減小1/3的開關損耗。圖8為電源電壓和電流波形，可以看到，電流基本為正弦波并且與電壓保持同相位，實現了單位功率因數，用電力諧波分析儀F41B測得的電流總畸變率THD為5.8%。7.結論雖然我們通過DSP課程對DSP有了基本的框架相識，但對如何在實踐中運用DSP進行實際問題的解決還缺乏實力。本次創新設計，使我對DSP有更深的理解與相識。在做本次創新設計的過程中，我感受最深的當屬查閱大量的設計資料了。為了讓自己的設計更加完善，查閱這方面的設計資料是非常必要的。以TMSF2407為核心構成的三相PWM整流器限制系統充分