逆變電源的原理及DSP實(shí)現(xiàn)

第1章 概 論………………………………………………………………………… 1 1.1 逆變電源的基本原理 ………………………………………………………… 1
1.1.1 UPS概述 ………………………………………………………………… 1
1.1.2 基本結(jié)構(gòu) ………………………………………………………………… 1
1.1.3 工作原理 ………………………………………………………………… 2
1.2 常見分類 ……………………………………………………………………… 3
1.2.1 常見性能分析與比較 …………………………………………………… 3
1.2.2 在線式工頻機(jī)與高頻機(jī)的比較分析 …………………………………… 6
1.3 系統(tǒng)基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析……………………………………………………… 11
1.3.1 單進(jìn)單出系列電路拓?fù)浞治?hellip;………………………………………… 11
1.3.2 三進(jìn)單出系列電路拓?fù)浞治?hellip;………………………………………… 15
1.3.3 三進(jìn)三出系列電路拓?fù)浞治?hellip;………………………………………… 16
1.4 逆變電源的發(fā)展趨勢(shì)………………………………………………………… 37
第2章 單相逆變器數(shù)字控制技術(shù) ……………………………………… 43
2.1 單相半橋逆變器數(shù)學(xué)模型…………………………………………………… 43
2.2 單相半橋逆變器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………… 45
2.2.1 基于濾波電感電流的輸出電壓交叉反饋解耦控制…………………… 46
2.2.2 線性控制器設(shè)計(jì)………………………………………………………… 49
2.2.3 非線性控制器設(shè)計(jì)……………………………………………………… 54
2.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析…………………………………………………………… 56
2.3 單橋臂發(fā)送波原理及DSP應(yīng)用 …………………………………………… 57
2.3.1 單機(jī)性發(fā)送波DSP應(yīng)用 ……………………………………………… 57
2.3.2 雙極性發(fā)送波DSP應(yīng)用 ……………………………………………… 60
第3章 三相逆變器數(shù)字控制技術(shù) …………………………………… 62
3.1 工頻變壓器數(shù)學(xué)模型對(duì)比研究………………………………………… 63
3.2 逆變器數(shù)學(xué)建模及控制器設(shè)計(jì)……………………………………………… 73
3.2.1 逆變器數(shù)學(xué)模型分析…………………………………………………… 74
3.2.2 逆變器直流分量控制…………………………………………………… 81
3.2.3 雙閉環(huán)程序代碼示例…………………………………………………… 83
3.2.4 實(shí)驗(yàn)波形………………………………………………………………… 85
3.3 三相四橋臂逆變器設(shè)計(jì)……………………………………………………… 87
3.3.1 概 述…………………………………………………………………… 87
3.3.2 三相四橋臂逆變器的調(diào)制方法………………………………………… 88
3.3.3 逆變控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………… 95
3.4 三相逆變器的發(fā)波數(shù)字化實(shí)現(xiàn)……………………………………………… 98
3.4.1 SPWM 算法及DSP編碼 ……………………………………………… 98
3.4.2 SVPWM 的傳統(tǒng)算法及DSP編碼…………………………………… 101
3.4.3 SVPWM 的快速算法及DSP編碼…………………………………… 110
3.4.4 SVPWM 的簡易算法及DSP編碼…………………………………… 117
3.4.5 3D SVPWM 算法及DSP編碼 …………………………………… 118
3.5 基于 MATLAB的DSP真實(shí)代碼仿真 …………………………………… 125
3.5.1 傳統(tǒng)的CCSLink功能………………………………………………… 125
3.5.2 真實(shí)代碼仿真的基本思路 …………………………………………… 128
3.5.3 真實(shí)代碼仿真器的使用 ……………………………………………… 128
3.5.4 DSP代碼規(guī)范及示例 ………………………………………………… 132
第4章 逆變器輸出電壓諧波的抑制方法 ……………………………… 138
4.1 基于重復(fù)控制的逆變器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) …………………………………… 138
4.1.1 重復(fù)控制器的基本原理 ……………………………………………… 139
4.1.2 穩(wěn)定性分析 …………………………………………………………… 140
4.1.3 一種改進(jìn)的重復(fù)控制計(jì)算方法 ……………………………………… 145
4.1.4 重復(fù)控制算法的程序代碼示例 ……………………………………… 151
4.2 基于諧波控制的逆變器控制探討 ………………………………………… 153
4.2.1 諧波控制的數(shù)學(xué)建模 ………………………………………………… 153
4.2.2 復(fù)合控制器設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 156
第5章 逆變器的并聯(lián)控制技術(shù)…………………………………………… 158
5.1 逆變器并聯(lián)運(yùn)行控制方式 ………………………………………………… 158
5.1.1 集中控制方式 ………………………………………………………… 160
5.1.2 主從控制方式 ………………………………………………………… 160
5.1.3 分布式控制方式 ……………………………………………………… 161
5.1.4 無互連線控制方式 …………………………………………………… 162
5.2 逆變器并聯(lián)運(yùn)行原理 ……………………………………………………… 163
5.2.1 “1 1”并機(jī)冗余系統(tǒng)方案 …………………………………………… 163
5.2.2 雙母線系統(tǒng)方案 ……………………………………………………… 165
5.3 單相逆變器并聯(lián)控制方案 ………………………………………………… 168
5.3.1 負(fù)載平均電流前饋的瞬時(shí)值雙閉環(huán)逆變器輸出阻抗特性 …………… 168
5.3.2 并聯(lián)控制方案設(shè)計(jì) …………………………………………………… 170
5.3.3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析 ………………………………………………………… 174
5.4 三相逆變器并聯(lián)控制方案 ………………………………………………… 175
5.4.1 并聯(lián)系統(tǒng)的環(huán)流分析 ………………………………………………… 175
5.4.2 并聯(lián)系統(tǒng)的功率分析 ………………………………………………… 178
5.4.3 PQ下垂法及補(bǔ)償器設(shè)計(jì) …………………………………………… 180
5.4.4 平均電流及直流分量控制方案 ……………………………………… 182
5.4.5 控制系統(tǒng)仿真及試驗(yàn)波形 …………………………………………… 185
5.5 并聯(lián)算法的程序代碼示例 ………………………………………………… 189
第6章 逆變器的同步跟蹤鎖相技術(shù)……………………………………… 191
6.1 數(shù)字鎖相環(huán)概述 …………………………………………………………… 191
6.1.1 鎖相環(huán)的工作原理 …………………………………………………… 191
6.1.2 鎖相環(huán)的數(shù)學(xué)建模 …………………………………………………… 193
6.1.3 鎖相環(huán)模型優(yōu)化仿真分析 …………………………………………… 193
6.2 軟件數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 197
6.2.1 軟件數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計(jì)目標(biāo) …………………………………………… 197
6.2.2 基于分散邏輯控制的工頻同步鎖相技術(shù) …………………………… 198
6.3 鎖相環(huán)的DSP代碼示例…………………………………………………… 201
6.3.1 基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的三相鎖相環(huán)的算法分析 ………………………… 201
6.3.2 基于同步信號(hào)的單相鎖相的算法分析 ……………………………… 208
6.3.3 基于自適應(yīng)陷波濾波器的算法分析 ………………………………… 212
第7章 控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信………………………………………… 234
7.1 DSP與FPGA之間的數(shù)據(jù)通信…………………………………………… 235
7.1.1 DSP與FPGA的大數(shù)據(jù)通信………………………………………… 235
7.1.2 DSP對(duì)基于RAM 的FPGA配置 …………………………………… 239
7.2 DSP與DSP之間的數(shù)據(jù)通信……………………………………………… 249
7.2.1 McBsp驅(qū)動(dòng)層邏輯結(jié)構(gòu) ……………………………………………… 250
7.2.2 通道的應(yīng)用層設(shè)計(jì) …………………………………………………… 252
7.2.3 傳輸通道設(shè)計(jì) ………………………………………………………… 255
7.2.4 程序代碼示例 ………………………………………………………… 264
7.3 自定義DSP升級(jí)方案……………………………………………………… 289
7.3.1 FLASH API 的應(yīng)用解析 …………………………………………… 290
7.3.2 基于SCI總線的遠(yuǎn)程FLASH加載方案 …………………………… 293
7.3.3 程序代碼示例 ………………………………………………………… 302
7.4 逆變電源中的CAN通信 ………………………………………………… 313
7.4.1 CAN總線……………………………………………………………… 314
7.4.2 CAN方案及數(shù)字化實(shí)現(xiàn)……………………………………………… 315
7.4.3 CAN通信程序示例…………………………………………………… 335
第8章 性能指標(biāo)測試及常見問題解析……………………………… 353
8.1 示波器和探頭使用常識(shí) …………………………………………………… 353
8.2 額定輸出功率 ……………………………………………………………… 360
8.2.1 額定輸出視在功率和額定輸出有功功率 …………………………… 360
8.2.2 輸出降額及降額系數(shù) ………………………………………………… 361
8.2.3 輸出功率的DSP計(jì)算方法…………………………………………… 363
8.2.4 額定輸出功率測試方法及常見問題 ………………………………… 369
8.3 淺談功率因數(shù)及負(fù)載性質(zhì) ………………………………………………… 370
8.3.1 功率因數(shù) ……………………………………………………………… 370
8.3.2 負(fù)載性質(zhì) ……………………………………………………………… 372
8.4 三相電壓不平衡度的計(jì)算方法 …………………………………………… 374
8.5 逆變器輸出性能指標(biāo) ……………………………………………………… 382
8.5.1 常見測試指標(biāo) ………………………………………………………… 382
8.5.2 測試內(nèi)容及行標(biāo) ……………………………………………………… 386
8.6 典型測試案例 ……………………………………………………………… 394
8.6.1 輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)測試及波形分析 ……………………………………… 394
8.6.2 IGBT故障模擬及分析 ……………………………………………… 397
8.6.3 逆變IGBT驅(qū)動(dòng)波形分析 …………………………………………… 400
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………… 405