基于DSP的移动式发电机逆变电源研制

摘要

本文针对汽油机拖动永磁发电机的中小功率独立发电系统，设计一套逆变电源，将发电机发出的中频交流电变换为负载所需要的工频交流电，系统中所有控制都由TI公司的TMS320LF2407A DSP(数字信号处理器)芯片完成，DSP全数字控制降低了硬件电路复杂性，提高了系统的可靠性。文中介绍了系统的硬件电路和软件系统的设计过程，并对设计的逆变电源进行了实验，给出了试验结果。 移动式发电机用逆变电源系统主要包括整流、油门控制和逆变三大部分。为了控制直流侧电压，同时节省成本，前级整流采用晶闸管半控整流方案，用DSP芯片实现对三个共阴极晶闸管的全数字触发，从而对直流侧电压进行闭环控制。为了使发电机的转速跟负载功率能够良好匹配，对汽油机的油门调节进行控制，本文采用发电机负载功率变化的前馈控制和转速的分段反馈比例控制相结合的方式，使发电机的转速在负载突变时的波动能够控制在一定的范围之内。 研究了逆变器的数字控制方式，逆变器采用电感电流和输出电压的瞬时值双环控制，在分析逆变器模型的基础上，通过在 Matlab/Simulink中的仿真对系统进行稳定性分析，确定补偿环节的参数。讨论了数字控制的采样计算延时对逆变器系统稳定性的影响，引入状态预报观测器进行超前一拍的补偿，提高了系统的稳定性。 最后按照本文的设计方案，研制了一台6kVA的逆变器样机，并对样机进行了实验分析，得到了较理想的波形，满足设计任务指标，验证了设计方案的正确性和可行性。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1移动式发电机的发展[1]

1.2逆变电源的现状和发展趋势

1.3本文选题依据和主要工作

1.3.1选题依据

1.3.2本文主要工作

第二章逆变系统结构及方案选择

2.1交—直—交变频装置方案比较

2.2主电路拓扑选择

2.2.1整流电路的主要类别[9]

2.2.2整流电路的选择

2.2.3逆变主电路的结构

2.3控制方案的选择

2.4本章小结

第三章逆变器硬件电路设计

3.1主电路参数选择

3.1.1半控整流器件参数设计[15]

3.1.2逆变器功率元件的选择[16]

3.2 LC输出滤波器的设计

3.3辅助电源的设计

3.4驱动电路的设计

3.4.1晶闸管驱动电路的设计

3.4.2 IGBT驱动电路的设计

3.5模拟信号的采样及调理电路设计

3.6本章小结

第四章晶闸管相控整流及汽油机油门的数字控制

4.1引言

4.2相控整流的全数字控制实现

4.2.1同步信号的检测

4.2.2晶闸管触发控制

4.2.3晶闸管触发脉冲的产生和输出

4.3汽油机油门数字控制

4.3.1汽油机运行特性

4.3.2汽油机油门控制的基本原理

4.3.3步进电机驱动控制的软件实现

4.3.4油门数字控制系统设计

4.4本章小结

第五章逆变部分数字控制设计

5.1逆变器系统模型分析

5.1.1逆变器主电路部分模型分析

5.1.2电压电流双环设计及仿真分析

5.2逆变器预报观测器的设计

5.2.1数字控制对稳定性的影响

5.2.2预报观测器的设计

5.3逆变器控制的软件实现

5.3.1数字SPWM信号的生成

5.3.2调制信号的A/D采样方式

5.3.3软件程序的设计

5.4本章小结

第六章实验结果及分析

6.1驱动电路的波形与分析

6.1.1晶闸管驱动波形

6.1.2 IGBT驱动波形

6.2晶闸管相控整流实验波形

6.3逆变部分实验波形

6.4发电机油门控制实验结果

6.5本章小结

第七章总结与展望

7.1本文总结

7.2展望

参考文献

在学期间发表论文

致谢