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基于STM32的微电网模拟系统设计

更新时间:2009-03-28

0 引言

近10年来,随着光伏并网发电系统和风力发电系统、车载电源等多种供电技术的发展,蓄电池等储能设备成为主要的储能装置,上述系统一般为交流工频供电,因此需要采用逆变技术将蓄电池的直流电变换成交流电,逆变技术被广泛的应用于各个领域[1]。逆变电源作为主控系统的核心电子系统,其性能优劣、成本高低等直接影响整个电源系统的性能。SVPWM技术[2-4]是近年发展的一种比较新颖的三相正弦波调制方法,最初用于电机调速系统,产生近似圆形的磁通轨迹。该技术用于三相逆变电路时,由三相逆变桥的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生脉宽调制波,能够使输出电压波形尽可能实现三相对称,获得的合成电压矢量轨迹逼近圆形。与SPWM技术相比,SVPWM的调制波内注入了3次谐波,提高了直流电压的利用率。SVPWM技术将开关模式所对应的电压矢量进行线性组合,等效目标电压矢量的作用。为了提高系统的控制性能逆变电源的控制采用全数字化控制方案,采用STM32来完成系统的反馈信号的检测、斩波信号的输出控制。STM32作为当前控制器的主流芯片,运算速度快,精度高,拥有多路ADC采样,能产生三对带死区控制的互补PWM波,且自带多种通信协议的硬件接口,能够进行多机通信及其他强大的功能,易于控制。传统开关电源线路一般控制复杂体积也较大,如果使用单片机作为控制必将可以大大简化电源的结构,并且使用单片机可以扩展许多功能,如显示,实时控制调整电压,可维护性强等。本文采用STM32F103C8T6这款芯片。

1 主电路及驱动电路

本文设计一个三相逆变器的微电网模拟系统,负载为三相对称Y连接电阻负载。主电路及驱动电路如图1所示。将直流50V电压通过三相全桥电路拓扑变为三相交流24V输出。逆变器驱动电路采用IR2113芯片。IR2113是一款双通道、栅极驱动、高速高压的专用驱动芯片,兼容TTL和CMOS信号输入,有电平转换功能,仅需一路供电电源,高压端的浮地电源采用自举电容实现,高压端的工作电压可达500V并设有过流等保护功能,工作频率最高可达500kHz,特别适合于同时驱动桥式电路同一桥臂的上下两个开关管。

  

图1 主电路及驱动电路

2 辅助电源电路

辅助电源电路图如图2所示,控制芯片选择TNY276。TNY276内置简单的开关控制,无需环路补偿。内置的开关管耐压达700V,在输入50V直流电压情况下,足够满足开关管尖峰电压。同时通过BP/M引脚电容值可选择不同的电流限流点。芯片工作在固定频率132kHz。与通常的PWM控制器不同的是,TNY276是用简单的开关控制方式来稳定输出电压。辅助电源采用单端反激拓扑结构,将直流50V变换成直流15V给驱动芯片IR2113供电。STM32芯片供电电源由15V经7805将电压转为5V,再经AMS117将电压转为3.3V。

二是虚假信息的泛滥。网络上充斥着大量虚假新闻、虚假事件以及损害他人利益、损害国家名誉等的不良信息,影响公众对舆论的判断力。一些违法分子甚至在网络上发布凭空捏造一些子虚乌有的事件,煽动公众情绪,尤其是煽动公众损害他人利益的信息、影响政府声誉的信息、甚至是危害国家安全的信息,对社会公共安全形成威胁。

  

图2 辅助电源电路

3 控制电路及其原理

系统主控芯片采用STM32F103C8T6芯片,外接8MHz晶体振荡器,电压、电流、温度反馈实时处理,具有过压、欠压、过流、过热保护功能。它可以算是一款数字化的、功能很完善的自带死区控制的纯正弦波逆变发生器芯片。外接8MHz晶体振荡器,经过内部倍频成72MHZ,能实现高精度、失真和谐波都很小的PWM波。该芯片采用TTL工艺,内部集成PWM发生器、死区时间控制电路,串行通讯接口和液晶驱动模块等功能。本项目驱动输出采用SVPWM技术,通过编写STM32的程序输出3对PWM波输出,驱动全桥MOS管,然后通过LC滤波,最后输出固定频率50Hz的弦波。普通的三相全桥是由六个开关器件构成的三个半桥。这六个开关器件组合起来(同一个桥臂的上下半桥的信号相反)共有8种安全的开关状态,其中000、111(这里是表示三个上桥臂的开关状态)这两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流,因此称其为零矢量。另外6种开关状态分别是六个有效矢量。它们将360度的电压空间分为60度一个扇区,共六个扇区,利用这六个基本有效矢量和两个零量,可以合成360度内的任何矢量。当要合成某一矢量时先将这一矢量分解到离它最近的两个基本矢量,而后用这两个基本矢量去表示,而每个基本矢量的作用大小就利用作用时间长短去代表。用电压矢量按照不同的时间比例去合成所需要的电压矢量,从而保证生成电压波形近似于正弦波。开关管驱动时,矢量方向是连续变化的,因此我们需要不断的计算矢量作用时间。为了计算机处理的方便,在合成时一般是定时器计算规定时间,这样我们只要算出在规定时间内两个基本矢量作用的时间就可以了。由于计算出的两个时间的总和可能并不是规定时间(比规定时间小),而那剩下的时间就按情况插入合适零矢量。由于在这样处理时,合成的驱动波形和PWM很类似,因此我们还叫它PWM;又因这种PWM是基于电压空间矢量去合成的,所以就叫它SVPWM了。为了防止三相桥上下臂短路,设置死区时间1us。控制流程图如图3所示。

常态环境下的财务管理机制,难以对企业各环节进行有效评价。但财务评价是财务管理的主要职能,其对于资金使用的有效性具有重要的影响。有鉴于此,财务部门可利用大数据理念,寻找各部门的成本数据,并以此为依据对其进行成本分析。在具体的工作中,财务部门首先应对各生产环节所带来的成本进行解析。例如,储运环节的成本,可被分解为运输车辆的维护成本与采购成本、人员开支、能源消耗、场地成本、长途运输成本等项目。之后,财务部门应将各项目的支出与常态环境下支出进行对比,从而使资金使用的有效性得以体现。

  

图3 控制流程图

4 实验测试数据及其波形

本文设计微电网模拟系统的逆变部分,负载线电流有效值在2A内,线电压有效值变化范围为24V±0.2V,频率波动为50Hz±0.2Hz,交流母线电压总谐波畸变率(THD)不大于3%,电源输出效率达到89%,实现了良好性能。该微电网模拟系统由此获得全国大学生电子设计竞赛电源组二等奖。

  

图4 满载电流电压波形

参考文献:

由大学生对外卖服务的满意情况与对市场未来前景观点的交叉图(见图2)可以看出,随着调查对象满意程度的加强,他们对共享经济在未来发展趋势的乐观度也随之加强.

5 结论

本题要求设计并制作出一个三相逆变电源,负载为电阻性负载且星型接法,实现由逆变器向负载提供三相交流电。要求负载线电流有效值Io为2A时,线电压有效值为24V±0.2V,频率为50Hz±0.2Hz,在满足前面几个要求下,交流母线电压总谐波畸变率(THD)不大于3%,且逆变器效率不低于87%。逆变器给负载供电,负载线电流有效值Io在0~2A间变化时,负载调整率小于0.3%。满载电流电压波形如图4所示,图中CHI通道线电压波形,CH2为相电流波形。

如果能够直观地读出细胞的膜电位,那么科学家们就可以对抑制神经元活化的电信号进行研究,而不是仅仅将研究局限于激活信号上。法国马赛港地中海神经生物学研究所的神经生物学家罗莎·柯萨特(Rosa Cossart)指出:由于钙离子成像等方法无法记录抑制性信号,我们并不清楚这类型号是如何影响脑活动的。

由测试数据表明,三相平衡,而且负载调整率小于0.3%,测试交流母线电压总谐波畸变率(THD)为1.3%逆变器效率为91%。

[1]刘凤君.现代逆变技术及应用[M].北京:电子工业出版社,2006:115.

[2]曾允文.变频调速SVPWM技术的原理、算法与应用[M].北京:机械工业出版社,2010:10.

[3]周卫平,吴正国,唐劲松,等.SVPWM的等效算法及SVPWM与SPWM的本质联系[J].中国电机工程学报,2006,26(2):133-137.

[4] TAOTAO J,LIHUA L,KEYUE S.A Universal Vector Controller for Three-phase PFC,APF,STATCOM,and Grid-Connected Inverter[C].Applied Power Electronics Conference and Exnosition,2004,24(2):594-600.

 
孔中华,丁杭成,郑黎阳,潘天伟,钱许隆
《宁波工程学院学报》2018年第01期文献

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