CN103414410A - 开关磁阻发电机综合控制平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开关磁阻风力发电机综合控制平台，它包括光栅编码器模块、相电流传感器模块、功率变换器模块、控制信号整合模块、IGBT隔离驱动模块、位置信号处理模块、MCU模块、转速给定模块及转子位置锁相模块。本发明的实用效果在于：1、控制信号整合模块可有效实现APC控制、单管斩波控制、双管斩波控制的独立或交叠控制；2、位置信号处理模块可提高工作在电磁干扰严重环境下电机转子位置信号传输的抗干扰性；3、转子位置锁相实现开通、关断角计算与电机转速解耦，大大提高了APC控制算法的精度和灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电机的综合控制平台，属于发电机控制领域。
背景技术
近年来，随着开关磁阻发电机研究的深入，开关磁阻电机由于其结构简单坚固，可靠性能高、容错性能强，电机损耗小，可缺相运行并能在较宽的转速范围保持较高的机电转化效率等优点，逐步应用到混合动力车、纯电动车的驱动发电一体化，潮汐发电，风力发电等各个领域。在一些恶劣的工况中，电磁干扰严重，而电机内部的转子位置信号传感器到控制器间一般相距几米到几十米的距离，信号传输线易串入干扰，甚至影响电机位置信号的正确读取，常用屏蔽线缆传输位置信号，提高系统的抗干扰性。
在开关磁阻发电机的应用中，控制方法主要有电流斩波控制(CCC)，角度位置控制(APC)，脉宽调制调压控制(PWM)三种基本控制方法。为方便测试观察各控制方法对发电系统的影响，支持APC控制、单管斩波控制、双管斩波控制独立或交叠控制的综合控制平台具有重要的作用。
发明内容
本发明的目的是为方便测试观察电流斩波控制(CCC)，角度位置控制(APC)独立或交叠控制对开关磁阻发电系统的影响提出一种开关磁阻发电机综合控制平台。
本发明的技术方案是，一种开关磁阻发电机综合控制平台，包括光栅编码器模块、相电流传感器模块、功率变换器模块、控制信号整合模块、IGBT隔离驱动模块、位置信号处理模块、MCU模块、转速给定模块及转子位子锁相模块组成，所述的光栅编码器模块输出接位置信号处理模块，位置信号处理模块输出接转子位置锁相模块和MCU模块，转子位置锁相模块和转速给定模块输出接MCU模块，MCU模块输出和相电流传感器模块输出接控制信号整合模块，控制信号整合模块输出接IGBT隔离驱动模块，IGBT隔离驱动模块输出接功率变换器模块。
所述的控制信号整合模块包括D/A转换模块，D/A转换模块接滞环比较模块，滞环比较模块分别接上桥电平反向电路和下桥电平反向电路，上桥电平反向电路接上桥或门，下桥电平反向电路接下桥或门。
所述的位置信号处理模块包括电容C1、C2、C3，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9，可变电阻R10，放大器U1A、U1B、U1C，三输入异或门U2；电阻R10一端接电源VCC，另一端接地，调节脚分别接电阻R4、R6、R8，电阻R4、R6、R8另一端分别接在放大器U1A、U1B、U1C的同相输入端；电阻R1和电容C1并联电路一端接在第一路位子信号C和放大器U1A的反相输入端，另一端接地，电阻R2和电容C2并联电路一端接第二路位置信号A和放大器U1B反相输入端，另一端接地，电阻R3和电容C3并联电路一端接第三路位置信号B和放大器U1C的反相输入端，另一端接地；电阻R5、R7、R9的一端接放大器U1A、U1B、U1C的同相输入端，另一端接放大器U1A、U1B、U1C输出脚，放大器U1A、U1B、U1C输出脚分别接第一路输出位置信号C’、第二路输出位置信号A’、第三路输出位置信号B’，并分别接三输入异或门U2的输入脚C、A、B，三输入异或门U2的VCC脚接电源VCC，GND脚接地，Y脚直接输出综合位置信号ABC给转子位子锁相模块(109)。
放大器U1A、U1B、U1C型号为LM324AD。
三输入异或门U2型号为SN74LVC1G386。
所述的转子位子锁相模块(109)包括边沿捕获电路，边沿捕获电路和可变方波频率信号接计数器，计数器接计数差值计算，计数差值计算接比较，比较接可变方波频率信号。
本发明具有如下的技术效果，(1)控制信号整合模块可有效实现APC控制、单管斩波控制、双管斩波控制的独立或交叠控制。(2)位置信号处理模块可提高工作在电磁干扰严重环境下电机转子位置信号传输的抗干扰性。(3)转子位置锁相实现开通、关断角计算与电机转速解耦，大大提高了APC控制算法的精度和灵活性。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
图2为控制信号整合模块框图。
图3为位置信号处理模块电路原理图。
图4为转子位置锁相模块框图。
具体实施方式
以下参照附图举例说明本发明在12/8极开关磁阻发电机上的应用。
图1所示为该开关磁阻风力发电机综合控制平台总体框图，包括光栅编码器模块(101)、相电流传感器模块(102)、功率变换器模块(103)、控制信号整合模块(104)、IGBT隔离驱动模块(105)、位置信号处理模块(106)、MCU模块(107)、转速给定模块(108)及转子位子锁相模块(109)。光栅编码器模块(101)采集的位置信号经过位置信号处理模块(106)处理过后给MCU模块(107)和转子位子锁相模块(109)，MCU模块(107)根据处理过后的位置信号和转子锁相信号判断励磁相和计算设置精确的开通、关断角并给出APC控制信号、CCC控制上、下桥使能信号和CCC控制斩波限给定信号，MCU模块(107)给出的信号和相电流传感器模块(102)采样的相电流信号经过控制信号整合模块(104)整合后供给IGBT隔离驱动模块(105)驱动功率变换器模块(103)工作。
图2所示为控制信号整合模块框图，控制信号整合模块(104)包括D/A转换模块(201)、滞环比较模块(202)、上桥电平反向电路(203)、下桥电平反向电路(204)、上桥或门(205)、下桥或门(206)。相电流传感器采样信号和CCC斩波限给定信号经D/A转换模块(201)转换成的模拟信号供给滞环比较模块(202)滞环比较生成CCC斩波控制信号，可通过调节滞环比较模块(202)R1和R2的阻值关系调节滞环控制环宽。CCC斩波信号和CCC上、下桥使能信号分别接上桥电平反向电路(203)和下桥电平反向电路(204)。CCC上、下桥使能信号有效时，CCC控制信号反向后结合APC控制信号经过上桥或门(205)和下桥或门(206)处理送出给IGBT隔离驱动模块(105)，可实现CCC单管斩波控制+APC控制、CCC双管斩波控制+APC控制、固定开通、关断角的CCC单管斩波控制和固定开通、关断角的CCC双管斩波控制。CCC上、下桥使能信号无效时，CCC斩波信号被阻断，上桥电平反向电路(203)和下桥电平反向电路(204)默认设置输出低电平，可实现独立APC控制。
图3所示为位置信号处理模块电路原理图，位置信号处理模块(106)包括电容C1、C2、C3，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9，可变电阻R10，放大器U1A、U1B、U1C，三输入异或门U2；电阻R10一端接电源VCC，另一端接地，调节脚分别接电阻R4、R6、R8，电阻R4、R6、R8另一端分别接在放大器U1A、U1B、U1C的同相输入端；电阻R1和电容C1并联电路一端接在第一路位子信号C和放大器U1A的反相输入端，另一端接地，对第一路位置信号C滤波，电阻R2和电容C2并联电路一端接第二路位置信号A和放大器U1B反相输入端，另一端接地，对第二路位置信号A滤波，电阻R3和电容C3并联电路一端接第三路位置信号B和放大器U1C的反相输入端，另一端接地，对第三路位置信号B滤波；电阻R5、R7、R9的一端接放大器U1A、U1B、U1C的同相输入端，另一端接放大器U1A、U1B、U1C输出脚，放大器U1A、U1B、U1C输出脚分别接输出位置信号C’、输出位置信号A’、输出位置信号B’，并分别接三输入异或门U2的输入脚C、A、B，三输入异或门U2的VCC脚接电源VCC，GND脚接地，Y脚直接输出综合位置信号ABC。由放大器U1A、U1B、U1C构成迟滞比较器整形电路，增加抗干扰能力，迟滞幅度可以通过调整比较器的正反馈深度来调节，由三输入异或门U2将三路位置信号合成一路信号后送到转子位置锁相模块(109)。
图4所示为转子位置锁相模块框图，转子位子锁相模块(109)包括边沿捕获电路(301)，边沿捕获电路(301)和可变方波频率信号(304)接计数器(302)，计数器(302)接计数差值计算(303)，计数差值计算(303)接比较(305)，比较(305)接可变方波频率信号(304)。转速变化时，ABC’频率变化，边沿捕获电路(301)发生捕获时间间隔变化，计数器(302)计数捕获发生时的计数次数，计数差值计算(303)计算的两次捕获计数差值变化，比较(305)对差值和给定值β进行比较，比较(305)产生的误差调节可变方波频率信号(304)的输出频率，由此可以保证转速变化时，两次捕获的差值和给定值β基本相等，实现转子位置锁相。本实例中MCU模块选用单片机MPC82G516A为主控芯片，因此转子位子锁相模块(109)直接利用单片机MPC82G516A内部资源算法实现。
Claims (6)
1.一种开关磁阻发电机综合控制平台，其特征在于：包括光栅编码器模块(101)、相电流传感器模块(102)、功率变换器模块(103)、控制信号整合模块(104)、IGBT隔离驱动模块(105)、位置信号处理模块(106)、MCU模块(107)、转速给定模块(108)及转子位子锁相模块(109)组成，所述的光栅编码器模块(101)输出接位置信号处理模块(106)，位置信号处理模块(106)输出接转子位置锁相模块(109)和MCU模块(107)，转子位置锁相模块(109)和转速给定模块(108)输出接MCU模块(107)，MCU模块(107)输出和相电流传感器模块(102)输出接控制信号整合模块(104)，控制信号整合模块(104)输出接IGBT隔离驱动模块(105)，IGBT隔离驱动模块(105)输出接功率变换器模块(103)。
2.根据权利要求1所述的开关磁阻发电机综合控制平台，其特征在于：所述的控制信号整合模块(104)包括D/A转换模块(201)，D/A转换模块(201)接滞环比较模块(202)，滞环比较模块(202)分别接上桥电平反向电路(203)和下桥电平反向电路(204)，上桥电平反向电路(203)接上桥或门(205)，下桥电平反向电路(204)接下桥或门(206)。
3.根据权利要求1所述的开关磁阻发电机综合控制平台，其特征在于：所述的位置信号处理模块(106)包括电容C1、C2、C3，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9，可变电阻R10，放大器U1A、U1B、U1C，三输入异或门U2；电阻R10一端接电源VCC，另一端接地，调节脚分别接电阻R4、R6、R8，电阻R4、R6、R8另一端分别接在放大器U1A、U1B、U1C的同相输入端；电阻R1和电容C1并联电路一端接在第一路位子信号C和放大器U1A的反相输入端，另一端接地，电阻R2和电容C2并联电路一端接第二路位置信号A和放大器U1B反相输入端，另一端接地，电阻R3和电容C3并联电路一端接第三路位置信号B和放大器U1C的反相输入端，另一端接地；电阻R5、R7、R9的一端接放大器U1A、U1B、U1C的同相输入端，另一端接放大器U1A、U1B、U1C输出脚，放大器U1A、U1B、U1C输出脚分别接第一路输出位置信号C’、第二路输出位置信号A’、第三路输出位置信号B’，并分别接三输入异或门U2的输入脚C、A、B，三输入异或门U2的VCC脚接电源VCC，GND脚接地，Y脚直接输出综合位置信号ABC给转子位子锁相模块(109)。
4.根据权利要求3所述的开关磁阻发电机综合控制平台，其特征在于：放大器U1A、U1B、U1C型号为LM324AD。
5.根据权利要求3所述的开关磁阻发电机综合控制平台，其特征在于：三输入异或门U2型号为SN74LVC1G386。
6.根据权利要求1所述的开关磁阻发电机综合控制平台，其特征在于：所述的转子位子锁相模块(109)包括边沿捕获电路(301)，边沿捕获电路(301)和可变方波频率信号(304)接计数器(302)，计数器(302)接计数差值计算(303)，计数差值计算(303)接比较(305)，比较(305)接可变方波频率信号(304)。
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