基于TMS320F2812的节能环保型矩阵式变频器的开发.docVIP

2011-2012德州仪器C2000及MCU创新设计大赛 项目报告 题 目： 基于TMS320F2812的节能环保型矩阵式变频器的开发 学校： 西安理工大学 组别： 专业组 应用类别： 先进控制类 平台： C2000 题 目： 基于TMS320F2812的节能环保型矩阵式变频器的开发 摘要 本设计以双级矩阵变换器（TSMC）为研究对象，整流级采用四步换流算法，逆变级采用过调制算法，使TSMC电压传输比从0.866提高到0.955。以TMS320F2812 DSP为控制核，搭建了实验样机，设计了包括输入滤波器、箝位电路、双向开关驱动电路等。编写了系统软件，并进行了软硬件联机调试。实现了0.5-50Hz U/f变频调速及按键和电位器两种调速方式。 Abstract Two-stage Matrix Converter(TSMC) is researched in this design. The Four-Step commutation algorithm is adopted in its rectifier, and the overmodulation strategy is adopted in its inverter,which raising the voltage transfer ratio from 0.866 to 0.955.The experimental prototype of the DSP of TMS320F2812 based control system was constructed.This design designed several important components of the prototype,such as input filter,clamp circuit and driver circuit of bidirectional switchs.The control of system software was written, and its hardware and software were debugged. The variable frequency speed algorithm is carried out, and the two modes of speed regulation of keystoke and electronic equipment can be selected. 引言 随着电力电子技术的迅速发展，交-直-交电压型变频调速装置已经广泛地应用于交流调速系统中，但由于装置中多数应用了二极管桥式不控整流，所以输入电流谐波含量大、功率因数低。随着电网负载中电力电子设备的增加，畸变电流对电网品质的污染已成为不可忽视的问题，因此研究新型的既有优良输入品质而又成本低、结构紧凑可靠的新型变换器已成为当前的发展趋势。 矩阵变换器克服了上述缺点，是近年发展起来的一种新型AC/AC“绿色”电力变换器，具有输入电流谐波含量少、功率密度高、输入功率因数可控、能量可双向流动的优点。双级矩阵变换器（Two-stage Matrix Converter，简称TSMC）近几年在传统矩阵变换器（Conventional Matrix Converter, 简称CMC）基础上发展起来的新型拓扑，它基于三相AC-DC-AC双级变换结构，不仅具有CMC所有的功能和特点，还具有调制策略和箝位电路简单等优点。 本设计的双级矩阵变换器输入输出电流均正弦波,且输入可实现单位功率因数,进而证实了双级矩阵变换器不仅具有优良的传动性能,同时还可以满足日益严格的电网电能质量要求，具有节能环保的特点。 系统方案 2.1系统结构 双级矩阵式变换器主要由输入滤波器、整流级和逆变级等三部分组成，其拓扑结构如图2-1所示。 图-1 18开关TSMC拓扑结构 图 单调谐低通L-C滤波器TSMC能产生正弦输出电压和正弦输入电流，但是实际的瞬时输出电压和输入电流并不一定是标准的正弦波，而只是它们在一个采样周期中的平均值为标准正弦波。通常输出电压和输入电流都是SVPWM调制波，含有谐波分量。因此，必须经过滤波才能获得期望的正弦量。由于变换器的负载一般为阻感性负载，负载本身可起到滤波作用，因此输出端一般不再单独设立滤波电路。但输入端必须再附加滤波元件。滤波元件的体积取决于开关频率，但是开关频率的提高也意味着变换器开关损耗的增加，效率降低。因此在提高开关频率