[发明专利]一种基于DSP的三相逆变器控制装置的设计

说明书

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种基于DSP的三相逆变器控制装置的设计。

背景技术

随着经济社会的发展与人类的进步，能源也在渐渐的耗尽，化石燃料的使用给我们带来物质文明飞速发展的同时，也给我们赖以生存的家园带来了前所未有的灾难。人类文明的进步与能源息息相关，新能源的合理开发与使用，将对能源的质量及数量有很大的提升。人类若想开发这些新能源，需要找到一个转换器来实现，故逆变器应运而生，特别是三相逆变器。三相逆变器在清洁能源发电中发挥着至关重要的作用，如太阳能发电和风力发电所使用的逆变器，逆变器的作用是将它们产生的直流电变成交流电，可直接为家庭服务，或通过并网技术，通过电网运送到千家万户。因三相逆变器的高效节能，谐波输出少，从而为风电等发电技术提供了有力的支撑。因太阳能与风能等新能源清洁无污染，故开发出可稳定运行且能提供高品质的能源的逆变器就显得至关重要。

SPWM正弦脉宽调制法是以正弦波为调制波，载波一般为三角波或锯齿波的一种脉宽调制算法，最初是由学者将通讯系统的调制技术应用到逆变器而产生的，但是因为电力电子开关器件的发展缓慢而未得到及时推进。直到1975年，有学者将SPWM脉宽调制技术正式应用到逆变控制技术中，从而使得逆变器的功能得到了极大的提升，而且得到了广泛的应用和发展，也使正弦波脉宽调制逆变技术发展到了一个极高的水平。脉宽调制技术具有原理简单、通用性强、控制和调节性能好的特点，而且具有削弱异常谐波、调节和稳定电压输出的多种波形改善作用。自此之后，PWM技术的种类也被开发出多类，比如交直交PWM调制、空间矢量脉宽调制SVPWM，电流跟踪脉宽调制技术SFPWM等，摇身成为极快开关直交转换器的主导控制方式。至此，PWM控制技术的发展已几近完善。

DSP是控制电路的核心，大大降低了硬件成本和尺寸，使用方便。DSP相比于传统单片机，其运算速度和处理性能是后者的数十倍，也就意味着可以在DSP中实现更加高级复杂的算法来实现控制，包括神经元控制、卡尔曼滤波、自适应控制、模糊控制等，很大程度上提高了系统的反应速度以及控制的精确度。DSP 采用程序、数据总线分开的哈佛结构，含有专门的硬件乘法器，采用流水线操作来提供特殊的数字信号处理指令，能够用来快速的实现任意数字信号处理算法。DSP控制器以其结构紧凑，使用方便，性能可靠，功能强，价格低廉等优点得到了众多使用者的偏爱。

一般的三相逆变器能耗较大，应用传统控制算法导致系统工作效率低下，控制精度有限，无法满足实际需求。本发明针对三相逆变器控制中的软件算法优化及减少逆变器能耗进行了详细的分析与研究，通过改进软件算法节省了芯片资源的占用，提高了整个系统的运行效率与控制精度，并基于DSP2812芯片对空间脉宽调制波实现了数字化控制，减少了对外围器件的依赖，降低了成本，应用较广，在三相逆变器的控制应用方面有着良好的发展前景。

发明内容

本发明的目的是设计一种基于DSP的三相逆变器控制装置，解决当前逆变器应用中控制技术落后，工作效率低下的问题。

为了实现上述发明目的，本发明设计了硬件部分与软件部分：

硬件部分：主要包括搭载DSP2812芯片的控制板，驱动电路，三相逆变器主电路，输出滤波电路，采样调理电路，键盘显示模块，RS-485通信模块，上位机，及构成DSP最小系统的电源电路，时钟电路与复位电路。各模块之间的连接关系为：电源电路、时钟电路与复位电路分别与搭载DSP2812芯片的控制板相连，电源电路为DSP供电，复位电路可使DSP2812芯片复位，解决程序不能读写或运行中出现的问题，时钟电路为DSP提供时钟信号。DSP通过完成空间矢量脉宽调制算法，将PWM调制信号送入驱动电路中，驱动电路对此脉冲信号进行隔离与放大后，变为能够驱动IGBT的高低压电平输送至三相逆变器主电路，通过控制功率开关器件的通断来输出交流电压，并经过滤波电路滤波后为负载供电。同时，采样调理电路通过采集滤波后的电压与电流信号送入DSP的AD模块，实现闭环控制。通过DSP中的SCI接口结合RS-485通信模块可将采样信号上传至上位机进行实时监测，通过SPI接口可驱动键盘与显示器，通过JTAG接口可实现程序烧录、调试与在线仿真。

所述DSP芯片为TMS320F2812，可接受与存储测量数据，完成测量数据的A/D转换，产生SVPWM控制信号，并实时接受由采样调理电路中的霍尔传感器采集的电压与电流信号，实现闭环控制，可通过SCI接口结合RS-485通信模块与上位机通信。