基于软开关技术的同步发电机IGBT开关式励磁系统研究

摘要

针对目前同步发电机IGBT开关式励磁系统中IGBT驱动保护不完善、发热量大、EMI严重等缺点,本文将ZCS-PWM软开关技术引入到同步发电机IGBT开关式励磁系统主回路中.根据励磁系统的强励和实现软开关要求,分析了主回路中谐振电感和谐振电容的选择方法.选择新型驱动模块TX-KA101作为IGBT驱动模块,并设计了DSP与驱动模块的连接电路和驱动模块的外围电路.测试结果表明该连接电路和TX-KA101驱动性能优良. 利用TMS320F2812 DSP的强大的数据处理能力和高速的实时控制能力,结合其丰富的片内资源,针对IGBT开关式励磁系统主回路的特点,本文设计了基于DSP的励磁控制器的外围硬件电路和软件.根据PID控制算法计算出的主开关的占空比和串联谐振的时间规律,计算出主开关和辅助开关零流关断的时间区间,从而获得了ZCS-PWM的实现方法.另外,本文还根据励磁控制的要求,改进了位置式遇限削弱积分数字PID控制算法；利用DSP定时器的比较中断和周期中断功能,提出了PWM脉冲触发的实现方法.根据励磁系统的运行要求,本文还设计了DSP励磁控制器的一些限制保护功能.开发了伏赫限制、欠励限制、过励限制、无功功率过载限制、最大励磁电流瞬时限制、空载误强励限制、反时限延时过励磁电流限制等限制保护的程序. 励磁主回路的软开关试验表明,本文引入的软开关技术在本励磁系统中能实现预定目标.在实验室小型同步发电机上的空载和并网试验表明,以DSP为控制核心的IGBT开关式系统的励磁控制器性能优良,各项指标均达到了国标的要求.

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1同步发电机励磁系统的作用与任务

1.2同步发电机励磁系统的发展概况

1.3 DC-DC变换软开关技术的发展概况

1.4课题的提出及主要内容

1.4.1课题的提出

1.4.2本文的主要内容

2励磁控制器选择和励磁系统硬件设计

2.1励磁控制器主控芯片选择

2.2励磁系统主回路硬件设计

2.2.1 IGBT介绍

2.2.2励磁系统主回路设计及其理想软开关过程

2.2.3谐振电感和谐振电容的选择

2.3 IGBT的驱动选择和DSP与IGBT驱动的连接电路设计

2.4输入模拟量调理及测频、测相电路

2.4.1输入模拟量调理电路

2.4.2测频、测相电路

2.4.3开关量输入电路

2.5本章小结

3励磁控制器软件设计

3.1软件总体结构

3.2软开关的实现及软硬开关方式的切换

3.3励磁限制及保护

3.3.1励磁给定限制

3.3.2励磁输出限制

3.4本章小结

4试验及结果分析

4.1 IGBT元件检查

4.2软开关试验

4.3励磁控制器试验

4.3.1空载试验

4.3.2并网试验

4.4本章小结

5总结与展望

5.1本文总结

5.2展望

致谢

参考文献

在校学习期间发表的论文