基于DSP控制的能量再生回馈电网研究
关键词：能量回馈；功率因数；SPWM调制；TMS320F2812DSP
1 引言
伺服电机受电运行时，是以电动机的方式运行，从电网吸收能量；伺服电机制动过程中，是以发电机的方式运行，往外反向输出能量。如何将伺服电机在运行过程中快速制动和频繁正反转时所产生的再生能量加以回收利用，对于节能有很大价值。当今最常用的解决方绕行电感器案是利用电力电子技术，将半控型晶闸管器件用于整流、逆变电路，以控制导通角的方式，把电机制动时的再生能工字电感器量逆变送回电网。这种技术相当成熟，但存在诸多缺点：首先，由于采用半控型晶闸管器件，若逆变角控制不当，或晶闸管发生故障、触发电路工作不可靠、换相裕量角不足等，均易导致逆变过程失败。其次，晶闸管相控整流电路位移因数、基波因数较低，导致电网电能波形畸变严重，波形中的谐波分量较大，电路功率因数很低，大大降低了再生电能的回馈质量。
本文论述的是把SPWM技术应用于由MOSFET、IGBT等全控型器件组成的整流逆变电路，通过TMS320F2812 DSP芯片及其外围器件构成控制和反馈电路，将伺服电机再生能量回馈电网。SPWM的基本思想是使输出控制信号的脉冲宽度按正弦规律变化，这样的调制技术能有效地电感厂家抑制输出电压中的低次谐波分量。TMS320F2812 DSP是TI公司推出的一种适于逆变器和电机控制的芯片，集实时处理能力和控制器外设功能于一身。高性能的处理器，具有运算精度高、速度快、集成度高等特点，这为提供高质量的SPWM控制信号提供了很好的解决方案。因此，通过对PWM整流逆变电路的适当控制，可以使输入信号非常接近正弦波，且电流
和电压信号同相或反相，功率因数近似为1。这对于抑制电网谐波、提高电网功率因数和电
能回馈质量非常有效，这是常规的半控型晶闸管采用导通角控制方式无法比拟的。
2 系统工作原理
系统控制原理见图1。该系统主回路器件包括电抗器、浪涌抑制器、三相全桥整流器、储能电容Uc、IGBT电压型逆变器、前置滤波器等，外围控制电路包括IGBT驱动电路、DSP中央处理器、电流电压信号检测、故障检测、外部电源和外部时钟等部分。伺服电机频繁制动时产生的再生能量储存于电容器Uc，当Uc两端电压达到限定值时，由DSP控制系统启动三相桥式电压型有源逆变器，将储存于Uc中的能量以SPWM波的形式反馈回电网。
图1 系统控制原理
2.1 DSP芯片特点
TMS320F2812 DSP是一种32位定点芯片，具有强大的数字信号处理能力、事件管理能力和嵌入式控制能力。主要特点：高性能中央处器，150MHz主频速度，高性能12位、16通道模/数转换器；（ADC）转换时间为200ns，提供多达16路的模拟输入；基于TMS320F24x的CPU内核保证了其与TMS320系列DSP的代码兼容；具有两个事件管理器模块EVA和EVB，每个均可提供两个16位通用定时器和八个16位的PWM通道。高达128Kx16位的FLASH片内存储器；低功耗和节能模式；等等。
2.2 电流电压信号采样
DSP在实时控制过程中，为了产生和电网同步的SPWM信号，需要对电网电压电流实施跟踪采样，这主要由采样电路完成。本设计采用霍尔传感器采集信号，为提高信号采集质量，需经过一阶滤波、限幅电路、射极跟随器连接到DSP的模拟输电感价格入信号引脚上。霍尔传感器输出信号电压为0～5V，而F2812模拟输入信号电压范围为0～3V，这就要求电路必须进行电平转换。本设计采用电阻分压实现电平转换。
2.3 A/D信号转换
采样信号到达模拟输入通道后，由DSP内部A/D转换电路实行信号转换。TMS320F2812 ADC模块是一个12位的带流水线的模数转换器(A塑封电感器DC)，模数转换单元的模拟电路包括前向模拟多路复用开关(MUXs)、采样/保持(S/H)电路、变换内核、电压参考以及其它辅助模拟电路。ADC模块有16个通道，可配置为2个独立的8通道模块，分别服务于事件管理器EVA和EVB，也可级联成一个16通道模块。各个通道模块能够自动排序，对于每个通道而言，一旦ADC转换完成，将会把转换结果存储到结果寄存器(ADCRESULT)中，通过合理的中断处理和中断服务子程序，将结果寄存器中的数据读出。 平面变压器厂家 | 平面电感厂家
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