能量回馈装置的数字化研究
摘要
随着交流电机控制理论、电力电子器件、脉冲宽度调制以及全数字化控制等关键技术的发展，交流传动系统的应用遍及各个领域，其能量利用率问题也受到人们更多的关注。本文针对各种工程应用中制动时产生的能量的利用问题，设计了能量回馈装置。
本文概述了能量回馈装置的基本原理以及SPWM技术等关键技术，针对现有的各种制动方法硬件电路复杂、维护工作量大、成本高、能量回收率低等缺点，利用DSP芯片的实时处理能力和强大的功能，设计了以德州仪器公司的TMS320F2407DSP为核心、IGBT为功率元件的能量回馈装置。该装置硬件电路简单，主要包括主电路、控制电路、检测电路、控制面板等；由软件实现各种功能，包括能量回馈装置的基本功能、电压滞环控制功能，以及故障保护和输入输出等辅助功能。本文还分析了死区时间对装置的影响，以软件的方法对死区时间进行实时设置。最后，进行了相应的仿真和实验测试，证明该装置硬件电路可靠，程序运行稳定。
With the development of some key technology such as theory of motor controlling, electric power and electronic device, pulse width modulating, The application of AC drive system becomes more and more widely. The matter of its energy utilization ratio receives people's more concerns too. To use the energy produced by braking, this paper designs a energy-feedback braking equipment.
This paper has introduced key technology, such as the basic principle of the energy-feedback equipment and SPWM technology etc. To solve the shortcoming of those braking method in use, such as complicated circuit hardware, heavy maintain work, high costs low rate of energy callback, using the real-time processing ability and strong function of DSP chip, this paper designed a energy-feedback braking equipment. The core of this equipment is TMS320F2407 DSP of the TI company and the power component is IGBT. the circuit of hardware is simple, mainly include main circuit, the control circuit, control panel, etc. The software realizes various kinds of functions, Including the basic function of the energy-feedback device, assistant function such as protection and communication. In the end, emulator and experiment is made to prove the reliability of the hardware and the stability of the software. This paper also analyze the effect of dead time to the equipment.
本文概述了能量回馈装置的基本原理以及SPWM技术等关键技术，针对现有的各种制动方法硬件电路复杂、维护工作量大、成本高、能量回收率低等缺点，利用DSP芯片的实时处理能力和强大的功能，设计了以德州仪器公司的TMS320F2407DSP为核心、IGBT为功率元件的能量回馈装置。该装置硬件电路简单，主要包括主电路、控制电路、检测电路、控制面板等；由软件实现各种功能，包括能量回馈装置的基本功能、电压滞环控制功能，以及故障保护和输入输出等辅助功能。本文还分析了死区时间对装置的影响，以软件的方法对死区时间进行实时设置。最后，进行了相应的仿真和实验测试，证明该装置硬件电路可靠，程序运行稳定。
With the development of some key technology such as theory of motor controlling, electric power and electronic device, pulse width modulating, The application of AC drive system becomes more and more widely. The matter of its energy utilization ratio receives people's more concerns too. To use the energy produced by braking, this paper designs a energy-feedback braking equipment.
This paper has introduced key technology, such as the basic principle of the energy-feedback equipment and SPWM technology etc. To solve the shortcoming of those braking method in use, such as complicated circuit hardware, heavy maintain work, high costs low rate of energy callback, using the real-time processing ability and strong function of DSP chip, this paper designed a energy-feedback braking equipment. The core of this equipment is TMS320F2407 DSP of the TI company and the power component is IGBT. the circuit of hardware is simple, mainly include main circuit, the control circuit, control panel, etc. The software realizes various kinds of functions, Including the basic function of the energy-feedback device, assistant function such as protection and communication. In the end, emulator and experiment is made to prove the reliability of the hardware and the stability of the software. This paper also analyze the effect of dead time to the equipment.
引文
[1] B.K.博斯．《电力电子学与变频传动技术和应用》，中国矿业大学出版社，1999．9
[2] 李序葆、赵永健《电力电子器件及其应用》机械工业出版社 2000．8
[3] 吴守箴、臧英杰《电气传动的脉宽调制控制技术》，机械工业出版社 1995年1月
[4] 黄俊，王兆安．电力电子变流技术．北京：机械工业出版社，1996．10．
[5] TI. TMS320C240X DSP Controllers Peripheral Library and Specitic Devices. 2000.
[6] TI. TMS320C240X DSP Controllers CPU and Instruction Set. 2000.
[7] TMS320C2XX数字信号处理器用户指南．武汉：P&S武汉力源电子股份有限公司．1998．8．
[8] 姜思敏等《TMS320LF240X DSP硬件开发教程》机械工业出版社 2003．6
[9] 清源科技《TMS320LF240X DSP应用程序设计教程》机械工业出版社 2003．7
[10] 张雄伟、曹铁勇 《DSP芯片的原理与开发应用》 电子工业出版社 2000．9
[11] 满永奎、韩安荣 《通用变频器及其应用》，机械工业出版社．
[12] 窦国珍、黄念慈、张志钊、贺明智 “带能量回馈的电动车交流驱动系统” 电工技术杂志 2003年第3期
[13] 李剑、康勇、陈坚 “单相SPWM逆变器的死区效应分析和补偿策略” 电气传动 2003年第1期
[14] 《春日变频调速器用户手册》 西安春日电气有限公司．
[15] 黄斐梨、王耀明、姜新建、刘士祥、李发海 “电动汽车永磁无刷直流电机驱动系统低速能量回馈制动的研究” 电工技术学报 1995．8
[16] 涂从欢 “电力拖动系统中能量回馈控制的设计” 电气传动 1996年第3期
[17] 钟仁人 “关于直流脉宽调速系统在制动中泵升电压及能量回馈情况的讨论” 电气传动 1990年第5期
[18] 石英 “基于DSP的能量回馈调速系统” 计算技术与自动化 2001．9第20卷第3期
[19] 张宝铭、尹松鹤 “交流变频调速系统中的能量反馈控制” 电气自动化 1996年第3期
[20] 吴隆安、赖寿宏、涂从欢 “能量回馈系统的设计与实现” 电力电子技术 1995年第1期
[21] 叶光平 “普通电压型变频器有源逆变单元致命缺陷的分析和处理” 电气自动化 2000年第6期
[22] 黄诗江、姜晖“一种安全可靠的反接制动控制电路”电气电子教学学报 2000．8 第22卷第3期
[23] 谢红明、陈光东、蒋琨“一种变滞宽的电流跟踪型SPWM逆变器”电气传动 1995年第2期
[24] 王士湖、王莉 “一种再生制动控制电路的设计” 电源技术应用 2002．6第5卷第6期
[25] 李绍铭 “再生能源回馈电网的电力电子技术方案的研究” 电子技术应用 2002年第4期
[26] 钟福金 “直接采用面积等效法生成SPWM波的变频调速系统” 电气传动 1995年第4期
[27] 罗玉涛、俞明、陈炳坤、陈统坚 “电动车制动能量再生反馈控制研究” 机床与液压 2002．No．5
[28] 徐国忠、诸静 “笼型异步电动机能量回馈制动控制” 电工电能新技术 1998年第2期
[29] 张健民 “能量回馈式VVVF液压电梯速度控制系统研究” 机械工程学报 2000．7第36卷第7期
[30] 周安山 “一种简便经济实用的能耗制动” 电工技术杂志 2000年第2期
[31] 李荣高、宁玉泉 “SPWM交流调速的MATLAB仿真” 中小型电机 2001．3
[32] 刘陵顺、尚安利、顾文锦 “SPWM逆变器死区效应的研究” 电机与控制学报 2001．12第5卷第4期
[33] 邱建琪、林瑞光、孙依军“基于DSP的SPWM混合查表实时计算法” 微特电机 2001年第1期
[34] 卢慧芬 “基于DSP的SPWM控制波形生成的一种方法” 机电工程 2002年第19卷第5期
[35] 夏尚学、田建设、贺春、魏晓光 “数字式SPWM型逆变器的谐波分析” 电力自动化设备 2003．2第23卷第2期
[36] 廖晓钟、金英 “一种改进的生成SPWM波形的等面积算法” 北京理工大学学报 2001．12第2l卷第6期
[37] 孙鹏、张春喜、孙立军 “TMS320F240及其串行外设接口(SPI)的设计” 信息技术 2001年第11期
[38] J. M. Quero, J. M. Carrasco and L. G. Franquelo "ADAPTIVE ENERGY FEED-BACK CONTROL FOR RESONANT CONVERTERS USING NEURAL NETWORKS"
[39] Marn-Go Kim and Myung-Joong Youn "An Energy Feedback Control of Series Resonant Converter" IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS. VOL. 6. NO. 3. JULY 1991
[40] S. W. H. De Haan "A new integral pulse module for the series resonant converter" EEE Trans. Indust. Electron. VOL. IE-31. pp. 255-262, Aug. 1984
[41] Elbuluk, M. E.,Verghese, G. C. and Kassakian, J. G. "Sample data modeling and digital control of resonant converters" IEEE Transaction on Power Electronics.
[42] R. Oruganti, J. J. Yang and F. C. Lee "Implementation of optinal trajectory control of series resonant converter" IEEE Power Electronics Specialists Conf. Rec., pp. 451-459, 1987
[2] 李序葆、赵永健《电力电子器件及其应用》机械工业出版社 2000．8
[3] 吴守箴、臧英杰《电气传动的脉宽调制控制技术》，机械工业出版社 1995年1月
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[23] 谢红明、陈光东、蒋琨“一种变滞宽的电流跟踪型SPWM逆变器”电气传动 1995年第2期
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[28] 徐国忠、诸静 “笼型异步电动机能量回馈制动控制” 电工电能新技术 1998年第2期
[29] 张健民 “能量回馈式VVVF液压电梯速度控制系统研究” 机械工程学报 2000．7第36卷第7期
[30] 周安山 “一种简便经济实用的能耗制动” 电工技术杂志 2000年第2期
[31] 李荣高、宁玉泉 “SPWM交流调速的MATLAB仿真” 中小型电机 2001．3
[32] 刘陵顺、尚安利、顾文锦 “SPWM逆变器死区效应的研究” 电机与控制学报 2001．12第5卷第4期
[33] 邱建琪、林瑞光、孙依军“基于DSP的SPWM混合查表实时计算法” 微特电机 2001年第1期
[34] 卢慧芬 “基于DSP的SPWM控制波形生成的一种方法” 机电工程 2002年第19卷第5期
[35] 夏尚学、田建设、贺春、魏晓光 “数字式SPWM型逆变器的谐波分析” 电力自动化设备 2003．2第23卷第2期
[36] 廖晓钟、金英 “一种改进的生成SPWM波形的等面积算法” 北京理工大学学报 2001．12第2l卷第6期
[37] 孙鹏、张春喜、孙立军 “TMS320F240及其串行外设接口(SPI)的设计” 信息技术 2001年第11期
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[42] R. Oruganti, J. J. Yang and F. C. Lee "Implementation of optinal trajectory control of series resonant converter" IEEE Power Electronics Specialists Conf. Rec., pp. 451-459, 1987
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