CN105846471A - 脉宽调制反馈控制电网 - Google Patents

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Abstract

本发明所述脉宽调制反馈控制电网，包括连接在交流电网和伺服电机组之间的整流逆变电路和控制整流逆变电路的逆变器，所述逆变器中的IGBT与隔离驱动电路控制连接，所述隔离驱动电路与中央处理器控制连接，所述中央处理器与整流逆变电路之间连接有交流电压电流检测模块和直流电压检测模块。本发明所述脉宽调制反馈控制电网，把SPWM技术应用于由整流逆变电路，通过控制和反馈电路，将伺服电机再生能量回馈电网，有效地抑制输出电压中的低次谐波分量。同时很好地避免了由于采用传统半控型晶闸管控制模式带来的谐波干扰，提高了能量回馈质量。

Description

脉宽调制反馈控制电网
技术领域
本发明涉及电子电路领域，具体地，涉及一种脉宽调制反馈控制电网。
背景技术
伺服电机受电运行时，是以电动机的方式运行，从电网吸收能量；伺服电机制动过程中，是以发电机的方式运行，往外反向输出能量。如何将伺服电机在运行过程中快速制动和频繁正反转时所产生的再生能量加以回收利用，对于节能有很大价值。当今最常用的解决方案是利用电力电子技术，将半控型晶闸管器件用于整流、逆变电路，以控制导通角的方式，把电机制动时的再生能量逆变送回电网。
这种技术虽然成熟，但存在诸多缺点：首先，由于采用半控型晶闸管器件，若逆变角控制不当，或晶闸管发生故障、触发电路工作不可靠、换相裕量角不足等，均易导致逆变过程失败。其次，晶闸管相控整流电路位移因数、基波因数较低，导致电网电能波形畸变严重，波形中的谐波分量较大，电路功率因数很低，大大降低了再生电能的回馈质量。
发明内容
为克服现有技术存在的不足，本发明公开了一种脉宽调制反馈控制电网。
本发明所述脉宽调制反馈控制电网，包括连接在交流电网和伺服电机组之间的整流逆变电路和控制整流逆变电路的逆变器，所述逆变器中的IGBT与隔离驱动电路控制连接，所述隔离驱动电路与中央处理器控制连接，所述中央处理器与整流逆变电路之间连接有交流电压电流检测模块和直流电压检测模块。
优选的，所述中央处理器还与故障保护输出电路连接，所述故障保护输出电流与逆变器控制连接。
具体的，所述整流逆变电路包括依次连接的电抗器、浪涌抑制器、三相全桥可控整流器、储能电容和变频器，所述电抗器与交流电网连接，变频器与伺服电机组连接。
具体的，所述中央处理器为TMS320F2812。
本发明所述脉宽调制反馈控制电网，把SPWM技术应用于由整流逆变电路，通过控制和反馈电路，将伺服电机再生能量回馈电网，有效地抑制输出电压中的低次谐波分量。同时很好地避免了由于采用传统半控型晶闸管控制模式带来的谐波干扰，提高了能量回馈质量。
附图说明
图1是本发明一种具体实施方式示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
本发明所述脉宽调制反馈控制电网，包括连接在交流电网和伺服电机组之间的整流逆变电路和控制整流逆变电路的逆变器，所述逆变器中的IGBT与隔离驱动电路控制连接，所述隔离驱动电路与中央处理器控制连接，所述中央处理器与整流逆变电路之间连接有交流电压电流检测模块和直流电压检测模块。
系统控制原理见图1。该系统主回路器件包括电抗器、浪涌抑制器、三相全桥整流器、储能电容Uc、IGBT电压型逆变器、前置滤波器等，外围控制电路包括IGBT驱动电路、DSP中央处理器、电流电压信号检测、故障检测、外部电源和外部时钟等部分。伺服电机频繁制动时产生的再生能量储存于电容器Uc，当Uc两端电压达到限定值时，由DSP控制系统启动三相桥式电压型有源逆变器，将储存于Uc中的能量以SPWM波的形式反馈回电网。
TMS320F2812 DSP是一种32位定点芯片，具有强大的数字信号处理能力、事件管理能力和嵌入式控制能力。主要特点：高性能中央处器，150MHz主频速度，高性能12位、16通道模/数转换器；（ADC）转换时间为200ns，提供多达16路的模拟输入；基于TMS320F24x的CPU内核保证了其与TMS320系列DSP的代码兼容；具有两个事件管理器模块EVA和EVB，每个均可提供两个16位通用定时器和八个16位的PWM通道。高达128Kx16位的FLASH片内存储器；低功耗和节能模式；DSP在实时控制过程中，为了产生和电网同步的SPWM信号，需要对电网电压电流实施跟踪采样，这主要由采样电路完成。本设计采用霍尔传感器采集信号，为提高信号采集质量，需经过一阶滤波、限幅电路、射极跟随器连接到DSP的模拟输入信号引脚上。霍尔传感器输出信号电压为0～5V，而F2812模拟输入信号电压范围为0～3V，这就要求电路必须进行电平转换。本设计采用电阻分压实现电平转换。
采样信号到达模拟输入通道后，由DSP内部A/D转换电路实行信号转换。TMS320F2812 ADC模块是一个12位的带流水线的模数转换器(ADC)，模数转换单元的模拟电路包括前向模拟多路复用开关(MUXs)、采样/保持(S/H)电路、变换内核、电压参考以及其它辅助模拟电路。ADC模块有16个通道，可配置为2个独立的8通道模块，分别服务于事件管理器EVA和EVB，也可级联成一个16通道模块。各个通道模块能够自动排序，对于每个通道而言，一旦ADC转换完成，将会把转换结果存储到结果寄存器(ADCRESULT)中，通过合理的中断处理和中断服务子程序，将结果寄存器中的数据读出。
为了获得更高精度的转换结果，在硬件设计中，连接到模拟输入的输入信号线要尽可能远离数字电路信号线。为减少因数字信号的转换产生的耦合干扰，需要将ADC模块的电源输入同数字电源隔离开。
逆变电路回馈能量时所需SPWM控制信号，是与电网同步同频的脉宽调制信号。首先，将电网电流电压信号通过滞回比较电路，使信号在过零时刻产生与电网信号同步同频的正向脉冲，然后通过TMS320F2812 DSP中的EVA或EVB的捕获单元将其正向脉冲进行捕获。每一次正脉冲的捕获，捕获单元都会对内部时钟个数进行存储，前后两次时钟数存储结果之差值，即为电网信号的时钟周期数。因此，通过对电网信号的实时捕获，可以使SPWM控制信号实时跟踪电网信号变化，其信号的同步性和周期性均等同于电网信号，从而达到了预期目的。
三相桥式逆变电路产生的SPWM逆变信号，在反馈电网过程中存在一定的谐波成分。由于本设计采用了SPWM波的控制形式，所以三相电流逆变回馈电网时，谐波成分较少，不含有与调制波ωr相关的低次谐波，也不含有三角载波ωc整数倍的频率谐波。其中含有的只是三角载波ωc倍频附近的高频谐波，其中幅值较高的有ωc＋2ωr、ωc－2ωr、2ωc＋ωr、2ωc－ωr，等等。这些高次谐波频率比基波频率高出很多，非常容易滤除：若滤波器设计成高通滤波，且按载波角频率来设计，并带有一定的带宽，那么三角载波ωc倍频附近的高频谐波ωc＋2ωr、ωc－2ωr、2ωc＋ωr、2ωc－ωr等就可予以滤除。
如上所述，可较好的实现本发明。

Claims (4)

1.脉宽调制反馈控制电网，其特征在于，包括连接在交流电网和伺服电机组之间的整流逆变电路和控制整流逆变电路的逆变器，所述逆变器中的IGBT与隔离驱动电路控制连接，所述隔离驱动电路与中央处理器控制连接，所述中央处理器与整流逆变电路之间连接有交流电压电流检测模块和直流电压检测模块。
2.根据权利要求1所述的脉宽调制反馈控制电网，其特征在于，所述中央处理器还与故障保护输出电路连接，所述故障保护输出电流与逆变器控制连接。
3.根据权利要求1所述的脉宽调制反馈控制电网，其特征在于，所述整流逆变电路包括依次连接的电抗器、浪涌抑制器、三相全桥可控整流器、储能电容和变频器，所述电抗器与交流电网连接，变频器与伺服电机组连接。
4.根据权利要求1所述的脉宽调制反馈控制电网，其特征在于，所述中央处理器为TMS320F2812。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106445059A (zh) * 2016-09-05 2017-02-22 深圳市炜烨丰电子科技有限公司 一种交流电网电压突变的硬盘保护电路
CN112234647A (zh) * 2020-10-09 2021-01-15 江苏工程职业技术学院 一种微电网的谐波谐振抑制系统

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