基于DSP和三相桥的电力电子教学实验平台设计

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1、基于DSP和三相桥的电力电子教学实验平台设计王志(华中科技大学电气与电子工程学院，湖北武汉430074)摘要：讨论了电力电子课程中基于三相桥的实验，并提出了基于DSP数字信号处理器控制和三相桥智能功率模块IPM的电力电子实验装置设计方案。在不更换硬件电路的基础上，通过改变接线和负载，修改程序即可完成三相半桥逆变，单相全桥逆变，异步电机变频调速，直流电机调速等多个实验。提高了实验资源利用率，拓宽了实验平台的功能，可以用作电力电子教学实验，以便学生了解掌握相关电力电子及电力传动的知识，普及DSP在这方面的应用。关键词：DSP；IPM；逆变；三相桥APowerElectronic

2、ExperimentalPlatformDesignBasedonDSPandThree-phaseBridgeWANGzhi(HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,HubeiProvince,China)Abstract：Thedesigningpurposeofthethree-phasebridgepowerelectronicexperimentaldeviceofisintroducedinthispaper.Bychangingtheprogramcode,wiringandloads,thep

3、roposedexperimentaldevicebasedonDSP(TMS320LF2407A)andIPM(intelligentpowermodule)canrealizethree-phasehalf-bridgeinverter,single-phasehalfbridgeinverter,single-phasefull-bridgeinverter,ACmotorvariablevoltagevariablefrequencycontrol,withoutchangingthehardwarecircuits.Thisdesigncanmakebetteru

4、seoftheresourcesofthelaboratory,expandthefunctionoftheexperimentalplatformandcanbeusedinthepowerelectronicexperimentcoursetomakestudentslearnmoreaboutpowerelectronicanddriver,aswellastheapplicationofDSPinthesefields.Keywords：DSP；IPM；Inverter；Three-phaseBridge0引言电力电子学是综合了电力技术，电子技术和控制技术的交叉学科

5、。随着半导体技术和计算机控制技术的不断发展和成熟，电力电子技术高速发展并广泛地应用在各个领域。而电力电子的高速发展，也对电力电子实验教学提出新的平台。三相桥是电力电子电路中常见的一种拓扑结构，基于三相桥配合不同的控制方案可以实现多种电力电子变换。近年来，基于DSP的数字控制方案也越来越多地被应用在电力电子装置中，它能很好解决模拟电路中地问题，简化电路设计，稳定性好，控制策略通过程序体现，便于工程人员修改和调试。本文设计了基于IPM智能功率模块和DSP(TMS320LF2407A)的电力电子实验装置，经过整机调试，能在不更换硬件电路，仅改变接线和负载，修改程序的情况下能完成多

6、个实验。1实验装置工作原理电力电子实验中，一个重要的主电路模块是三相桥模块。基于三相桥，可以实现我们熟悉的整流，逆变，变频等变换装置。以下给出了单相半桥，单相全桥，三相逆变及变频器的主电路基本拓扑结构。1a）半桥拓扑b）全桥拓扑c）三相桥拓扑图1.1常见主电路拓扑结构从以上的拓扑中，我们不难发现，一个三相桥模块几乎可以搭建所有与之相关的实验平台。而在以往的电力电子实验平台中，不同的实验往往单独设计装置，可扩展部分较少。将三相桥设计为一个主电路拓扑，根据最复杂的情况设计开关管的缓冲电路，并使之模块化。控制电路采用数字控制方案，基于Ti公司的DSP，可以载入不同的软件改变开关管

7、的通断模式，以灵活地进行不同的实验。实验平台的工作原理图如下图1.2所示：不输输三出出控滤RCD相变滤负整波载桥压波流TA器器TVPWM驱动信号DSP控制电路键盘输入显示与上位机通信图1.2实验平台的工作原理图本设计可以实现的实验现象中，变频调速实验需要实现的功能最多，故以完成变频调速实验为目标设计主电路和控制电路。控制方式为正弦脉冲宽度调制，负载为三角形接法输入定子额定电压220V，额定功率100W的鼠笼型三相异步电机。2主电路设计直流可调电源Vi由三相交流380V线电压经自耦变压器、不控整流和L、C滤波后得到。