基于DSP28335的静止式船舶岸电电源设计

摘要

随着国内经济的高速增长，我国与国外的航运贸易大规模扩大，到访我国港口的船舶也越来越多。但是长期以来，靠港船舶都是采用船舶自带的柴油发电机组供电，造成了日益严重的环境问题。静止式船舶岸电电源凭借其优势逐渐受到人们的广泛关注，然而传统岸电电源还存在电源制式单一、保护措施不完备、带不平衡负载能力弱以及岸电系统的线制不匹配等问题。本文结合静止式船舶岸电电源的实际工程项目做了如下工作：
　　依据静止式船舶岸电电源的研究现状及发展趋势，介绍静止式船舶岸电电源现有的几种拓扑结构和控制方法，阐述了课题的来源、研究意义及作者在课题中所承担的科研任务。
　　通过对项目的技术指标、开发成本及开发周期的综合考虑，确定静止式船舶岸电电源的基本结构。其中，逆变电路并未使用传统的三相桥拓扑，而是采用了由三个单相桥构成的组合式逆变拓扑，提高了系统带不平衡负载的能力，并能输出380V/50Hz和440V/60Hz两种制式的电源。对于岸电系统的线制不匹配问题，给出了配出中性线的IT系统这一解决方案。
　　其次，从静止式船舶岸电电源的工作原理出发，详尽推导了功率电路各部分的电气参数，并据此选择合适的功率器件。控制电路则基于研旭公司生产的DSP28335核心板进行外围电路设计。对于关键的驱动部分，控制板只负责输出±5V的驱动脉冲，脉冲调理由CONCEPT驱动板完成，这样不仅提高了驱动的可靠性，又缩减了开发周期。此外，还专门设计了功率模块的过压、过流及过热保护，保证了系统的安全稳定运行。
　　在建立了静止式船舶岸电电源的小信号模型后，给出了电压电流双闭环控制策略，控制器基于传统的 PI控制器做了些改进，有效提高了控制速度与精度。对于系统的软件实现，依据各部分的功能划分为若干功能子模块，进行模块化设计，给出各自的程序流程图。
　　最后，对所设计的静止式船舶岸电电源设备进行了通电实验。实验结果表明设备运行正常，输入输出波形及THD等技术参数均符合设计要求，功率模块也得到了很好的保护。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 静止式船舶岸电电源的研究现状及发展趋势

1.3 课题来源及作者承担的科研任务

1.4 本文的主要内容

第二章 静止式船舶岸电电源结构及其相关技术分析

2.1 静止式船舶岸电电源的基本结构

2.2 船舶岸电系统的供电模式

2.3 岸电系统的线制匹配

2.4 岸电电源的电缆管理系统

2.5 本章小结

第三章 静止式船舶岸电电源的硬件设计

3.1 功率电路的设计与器件选型

3.2 控制电路的设计与器件选型

3.3 本章小结

第四章 功率模块的保护设计

4.1 功率模块的过电压保护

4.2 功率模块的过电流保护

4.3 功率模块的过热保护

4.4 本章小结

第五章 静止式船舶岸电电源的控制系统设计及软件实现

5.1 静止式船舶岸电电源的开环系统

5.2 电压电流双闭环控制设计

5.3 改进型PI调节器

5.4 电压电流双闭环控制仿真

5.5 静止式船舶岸电电源的软件实现

5.6 本章小结

第六章 静止式船舶岸电电源的实验结果分析

6.1 静止式船舶岸电电源外观图

6.2 输入电压电流波形

6.3 不可控整流输出波形

6.4 SPWM驱动波形

6.5 缓冲电路波形

6.6 输出电压电流波形

6.7 本章小结

第七章 总结与展望

7.1论文工作总结

7.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果

附录 PCB图