CN104682759A - 一种新型三相逆变器 - Google Patents

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Abstract

一种新型三相逆变器，其组成包括：硬件结构，电压和电流采样模块，信号转化模块，调理电路，A/D转换模块，保护电路。其中保护电路保证过压、过流、欠压情况，能有效保护电路和负载。提出以DSP芯片TMS320F2812作为控制器的三相逆变器结构方案，其中包括三相逆变器的主电路、控制电路和控制规律的设计。采用数字化控制的方法，减小了三相逆变器的控制电路的复杂性，提高电路设计的灵活性。对比不同的控制方案，采用了双极性的SPWM算法来产生控制IGBT通断的脉冲，采用输出电压和滤波电容电流的双闭环控制作为PI的调节。在闭环控制方面，采用电压电流双闭环控制，使得逆变器具有控制灵活、抗干扰能力强、稳定性好等诸多优点。

Description

一种新型三相逆变器
技术领域
本发明涉及的是一种逆变技术，具体的说是数字化控制的新型三相逆变器。
背景技术
逆变器（Inverter）就是一种将低压（12或24伏或48伏）直流电转变为220伏交流电的电子设备。所谓整流就是将交流电通过转化变为直流电，供直流用电设备使用，与之对应的，逆变就是将直流电转化为交流电，供交流用电设备使用。通常将具有整流功能的设备叫做整流设备或者整流器，而将具有逆变功能的设备称为逆变设备或者逆变器。
逆变技术是建立在电子技术、现代控制技术、半导体器件技术、现代电力电子技术和脉宽调制（PWM）技术等学科基础上的一门综合性实用技术。逆变理论的研究和应用是逆变技术发展的根本原因。逆变器的产生，使得直流电向交流电转换成为了可能。在现有的电源形式中，干电池、蓄电池和太阳能电池等各种形式的直流电源，当这些电源向交流负载提供电能时，就需要逆变器。在交流电动机的调速器、不间断的供电电源、通过感应加热的电源等电力电子装置中，其核心都是逆变电路。此外，随着小型逆变器的产生，使得各种小型的用电设备，如笔记本电脑、数码相机、手机等电器的交流用电得到可靠的保障。在新型能源的开发和应用行业，逆变器更是必不可少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数字化控制的新型三相逆变器。本发明的目的还在于提供一种新型逆变器的控制方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种新型三相逆变器，其组成包括：硬件结构，电压和电流采样模块，信号转化模块，调理电路，A/D转换模块，保护电路。其中保护电路保证过压、过流、欠压情况，能有效保护电路和负载。
所述的一种三相逆变器，其特征在于软件部分主要包括***初始化程序、AD采样程序、PWM脉冲产生程序和PI控制参数设计算法程序，***初始化后首先进行定时器的中断程序，然后进入到A/D采样中断，对A/D采样进行检测分析，确保所采的信号符合要求后进行PI的调节，然后送到全比较器进行PWM的脉冲波形的发生，对于检测不合格的采样信号，***不进行PI调节和PWM的发生，而进行故障处理。
三相逆变器的硬件结构框图如附图1所示，输出的电压和电容电流经过采样，转化为电压信号，经过调理电路转换为TMS320F2812可接受的电平，送到TMS320F2812的A/D转换模块。设定需要输出的电压值，由SCI模块与DSP实现通讯。基准电压与采样所得的输出电压进行比较后经过PI控制调节，作为电流环的基准，电流环基准与电流采样的电容电流进行比较后经过P调节控制，作为正弦调制波送入到全比较器，与高频三角载波进行比较，产生的PWM信号由PWM出口送至驱动电路，驱动三相逆变器的IGBT通断。保护电路为了保证过压、过流、欠压情况下有效保护电路和负载。
本发明的控制方法主要包括：***初始化程序、AD采样程序、PWM脉冲产生程序和PI控制参数设计算法程序等，软件总体设计流程如图2所示。由流程图可以清晰的得出，***初始化后首先进行定时器的中断程序，然后进入到A/D采样中断，对A/D采样进行检测分析，确保所采的信号符合要求后进行PI的调节，然后送到全比较器进行PWM的脉冲波形的发生；对于检测不合格的采样信号，***不进行PI调节和PWM的发生，而进行故障处理。对于PI参数设计，采用的是增量式的PI控制参数设计算法，这种控制算法是根据采样时刻的偏差值来进行控制量的计算，电压和电流采样电路采集的信号经过信号调理电路的滤波和调理之后送到DSP，数据经过与输入值的对比后进行数字PI的运算，从而实现对输出电压的控制和调节，增量式的PI控制算法的流程图如图3所示。
由流程图得***的控制参数q0，q1，设初始值en=0，读入采样的数值Cn，然后计算偏差值en=Rn-Cn，并且计算控制量，下一时刻的偏差值为上一时刻的偏差值的初值。
本发明的优点和效果：
1.采用SPWM控制方式来产生控制IGBT功率开关状态的脉冲，SPWM控制技术具有动态性能好，效率高，谐波少等特点，能够显著改善三相逆变器输出波形。
2.采用电容电流内环、电压外环的双闭环控制，能够改善三相逆变器的负载性能，电压跟随性能变好，当负载特性改变时，不会引起大的电压变化。
3.采用基于连续域的控制参数的设计，对电容电流内环和电压外环进行等效简化，便于计算。
附图说明
图1为本发明的硬件结构框图；
图2为本发明的软件总体设计流程；
图3为本发明的增量式的PI控制算法的流程图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式是这样的：
一种新型三相逆变器，其组成包括：硬件结构，电压和电流采样模块，信号转化模块，调理电路，A/D转换模块，保护电路。其中保护电路保证过压、过流、欠压情况，能有效保护电路和负载。
其特征在于软件部分主要包括***初始化程序、AD采样程序、PWM脉冲产生程序和PI控制参数设计算法程序，***初始化后首先进行定时器的中断程序，然后进入到A/D采样中断，对A/D采样进行检测分析，确保所采的信号符合要求后进行PI的调节，然后送到全比较器进行PWM的脉冲波形的发生，对于检测不合格的采样信号，***不进行PI调节和PWM的发生，而进行故障处理。
如附图1所示为三相逆变器的硬件结构框图，从图中可以知道，逆变器输出的电压和电容电流经过采样，转化为电压信号，经过调理电路转换为TMS320F2812可接受的电平，送到TMS320F2812的A/D转换模块。设定需要输出的电压值，由SCI模块与DSP实现通讯。基准电压与采样所得的输出电压进行比较后经过PI控制调节，作为电流环的基准，电流环基准与电流采样的电容电流进行比较后经过P调节控制，作为正弦调制波送入到全比较器，与高频三角载波进行比较，产生的PWM信号由PWM出口送至驱动电路，驱动三相逆变器的IGBT通断。保护电路为了保证过压、过流、欠压情况下有效保护电路和负载。
在***控制方法上如图2所示为软件总体设计流程。由流程图可以清晰的得出，***初始化后首先进行定时器的中断程序，然后进入到A/D采样中断，对A/D采样进行检测分析，确保所采的信号符合要求后进行PI的调节，然后送到全比较器进行PWM的脉冲波形的发生；对于检测不合格的采样信号，***不进行PI调节和PWM的发生，而进行故障处理。对于PI参数设计，采用的是增量式的PI控制参数设计算法，这种控制算法是根据采样时刻的偏差值来进行控制量的计算，电压和电流采样电路采集的信号经过信号调理电路的滤波和调理之后送到DSP，数据经过与输入值的对比后进行数字PI的运算，从而实现对输出电压的控制和调节，如图3所示为增量式的PI控制算法的流程图，
由流程图得***的控制参数q0，q1，设初始值en=0，读入采样的数值Cn，然后计算偏差值en=Rn-Cn，并且计算控制量，下一时刻的偏差值为上一时刻的偏差值的初值。

Claims (2)

1.一种新型三相逆变器，其组成包括：硬件结构，电压和电流采样模块，信号转化模块，调理电路，A/D转换模块，保护电路。其中保护电路保证过压、过流、欠压情况，能有效保护电路和负载。
2.根据权利要求1所述的一种三相逆变器，其特征在于软件部分主要包括***初始化程序、AD采样程序、PWM脉冲产生程序和PI控制参数设计算法程序，***初始化后首先进行定时器的中断程序，然后进入到A/D采样中断，对A/D采样进行检测分析，确保所采的信号符合要求后进行PI的调节，然后送到全比较器进行PWM的脉冲波形的发生，对于检测不合格的采样信号，***不进行PI调节和PWM的发生，而进行故障处理。
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