[發明專利]船用大功率串聯型十二脈波晶閘管整流器觸發裝置及方法

有效

• 申請號: 201110135170.7
• 申請日: 2011-05-24
• 公開（公告）號: CN102195456A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 李軍;蘭海;羅耀華;劉宏達
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H02M1/06
• 分類號: H02M1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種船用大功率串聯型十二脈波晶閘管整流器觸發裝置，其特征是：

三相同步信號采集電路(1)采集電網側的三相電源，產生與電源網側三相電壓同步的三個方波信號經第一光耦隔離電路(2)分別送給TMS320L2808的CAP捕獲單元；

TMS320F2808事件管理模塊EPWM產生的晶閘管觸發脈沖信號PWM0-PWM11經過由第二光耦隔離電路(4)送給驅動放大與變壓器隔離電路(5)，變壓器二次側的信號經過兩個二極管整形，通過觸發脈沖輸出接口(6)輸出；

直流側電壓、電流采集電路(7)采集直流母線的電壓和電流值送入TMS320F2808的模數轉換模塊AD；

TMS320F2808根據采集到的反饋電壓、電流值和系統的設定值產生誤差值和誤差值的變化值，然后將二者送給模糊調節器，模糊調節器根據設定好的規則，產生晶閘管觸發控制角α；

交流側電壓、電流采集電路(8)采集主電源變壓器二次側的線電壓和線電流送入TMS320F2808的模數轉換模塊AD；

故障信號采集電路(9)采集主電源變壓器、熔斷器、斷路器、水冷等設備的故障信號，通過第三光耦隔離電路(12)后送入TMS320F2808的IO模塊；開關電源電路10將輸入的交流220V電壓轉換成觸發裝置所需要的+5V，+3.3V，+1.8V，+3.0V，-1.5V，+15V，-15V和0V電源；

RS485電路(11)完成TMS320F2808?SCI模塊發送接收引腳的0V和3.3V電平與RS485總線的+2～+6V正電平和-2～-6V負電平之間的轉換。

2.根據權利要求1所述的船用大功率串聯型十二脈波晶閘管整流器觸發裝置，其特征是：第一、第二、第三光耦隔離電路由高速隔離運放HCPL-2630組成。

3.一種基于船用大功率串聯型十二脈波晶閘管整流器觸發裝置的控制方法，其特征是：

打開觸發裝置的220V交流電源后，開關電源電路產生觸發裝置所需要的+5V，+3.3V，+1.8V，+3.0V，-1.5V，+15V，-15V和0V電源；

三相同步信號采集電路將三相電源信號變換成方波信號TA、TB和TC，通過第一光耦隔離后送入TMS320F2808的捕獲單元；

故障信號采集電路采集主電源變壓器、熔斷器、斷路器、水冷設備的故障信號，并通過第三光耦隔離電路送入TMS320F2808的IO模塊；

交流側電壓、電流采集電路采集主電源變壓器二次側的相電壓和線電流，經過電壓互感器和電流互感器后分別通過低通濾波器送入有源放大電路，經過電壓保護和電壓偏置后送入TMS320F2808的模數轉換模塊；

直流側電壓、電流采集電路采集直流母線電壓和電流值，經過電壓傳感器和電流傳感器后分別通過低通濾波器送入有源放大電路，經過電壓保護和電壓偏置后送入TMS320F2808的模數轉換模塊；

TMS320F2808事件管理模塊EPWM產生的晶閘管觸發脈沖信號經過由HCPL-2630組成的光耦隔離電路送給由MOSFET和脈沖變壓器組成的驅動放大與變壓器隔離電路，脈沖變壓器二次側的信號經過兩個二極管整形，通過觸發脈沖輸出接口輸出；

RS485電路根據TMS320F2808的指令完成0V和3.3V電平與RS485總線的+2～+6V和-2～-6V之間的轉換；

在開啟觸發裝置電源后，主控制芯片TMS320F2808進行系統的初始化；首先，CPU關閉看門狗電路，然后初始化系統時鐘和AD、CAP、EPWM、SCI功能模塊時鐘以及中斷矢量表，接著配置AD、CAP、EPWM、SCI等功能模塊和CpuTimer0定時器，使各個功能模塊處于預定的工作狀態；設置中斷矢量并打開全局總中斷，然后等待CpuTimer0定時器的0.1ms中斷、CAP捕獲中斷和EPWM定時器中斷；

當產生0.1ms?CpuTimer0定時器中斷時，按照以下步驟進行操作：

首先讀AD轉換寄存器，并判斷讀的次數是否大于10次，如果大于10，則計算直流側和交流側的電壓電流平均值，以及電壓、電流的誤差值和誤差的變化值，然后根據制定好的模糊規則表計算出晶閘管的控制角，如果誤差值大于設定值時，轉入恒流控制，以快速調節直流側電壓；如果誤差值小于設定值，模糊調節器直接輸出晶閘管觸發控制角α；通過晶閘管觸發控制角α的調整，維持整流電路輸出直流電壓的穩定；當負載發生變化較大時，觸發裝置根據設定的模糊規則自動切換控制參數

讀取SCI接收寄存器數據，并根據MODBUS協議對接收到的數據進行處理，如果是讀命令，則將直流電壓電流值、交流電壓電流值、晶閘管控制角值和故障信息狀態寫入到指定寄存器，根據MODBUS協議生成應答數據流，并將數據流寫入到SCI發送寄存器；如果是寫命令，則根據指定的地址和數據數量，對相應的寄存器進行賦值，根據MODBUS協議生成應答數據流，并將數據流寫入到SCI發送寄存器；

如果接收到系統運行控制命令，則檢查系統是否有故障，如果有故障，則系統停止運行、系統停止標志位置位；如果沒有故障，則繼續檢查是否有脈沖封鎖命令；如果有脈沖封鎖命令，則封鎖晶閘管觸發脈沖、脈沖封鎖標志位置位；如果沒有脈沖封鎖命令，則系統開始運行，并將系統運行標志位置位；然后打開中斷，退出中斷子程序；如果沒有接收到系統運行控制命令，則檢查是否有系統停止命令；

如果接收到系統停止命令，則系統停止運行、系統停止標志位置位，然后打開中斷，退出中斷子程序；如果沒有接收到系統停止命令，則檢查是否有脈沖封鎖命令；

如果接收到脈沖封鎖命令，則封鎖晶閘管觸發脈沖、脈沖封鎖標志位置位，然后打開中斷，退出中斷子程序；

當產生捕獲中斷時，按照以下步驟進行操作：

如果是CAP1發生中斷，則判斷捕獲邊沿的極性，如果是上升沿則將CAP1Ed賦值Rising，如果是下降沿則將CAP1Ed賦值Falling，然后將EPWM1定時器和EPWM4定時器計數寄存器清零、比較寄存器賦值，并計算同步信號寬度；如果不是CAP1中斷，則判斷是否是CAP2發生中斷；

如果是CAP2發生中斷，則判斷捕獲邊沿的極性，如果是上升沿則將CAP2Ed賦值Rising，如果是下降沿則將CAP2Ed賦值Falling，然后將EPWM2定時器和EPWM5定時器計數寄存器清零、比較寄存器賦值，并計算同步信號寬度；如果不是CAP2中斷，則判斷是否是CAP3發生中斷；

如果是CAP3發生中斷，則判斷捕獲邊沿的極性，如果是上升沿則將CAP3Ed賦值Rising，如果是下降沿則將CAP3Ed賦值Falling，然后將EPWM3定時器和EPWM6定時器計數寄存器清零、比較寄存器賦值，并計算同步信號寬度；

如果同步信號寬度計算值與理論值之差大于設定值，則需要重新計算30°電角度和晶閘管觸發脈沖的寬度；

最后，打開中斷，并對狀態位進行清除，退出中斷程序；

當發生EPWM定時器中斷時，按以下步驟進行操作：

如果是EPWM1定時器發生中斷，則判別CAP1Ed的是否為Rising，如果是則輸出第一晶閘管的觸發脈沖，同時輸出第十、十一、十二晶閘管的觸發脈沖，或者直接輸出第一晶閘管的120°寬脈沖；如果不是，則輸出第七晶閘管的觸發脈沖，同時輸出第四、第五、第六晶閘管的觸發脈沖，或者直接輸出第七晶閘管的120°寬脈沖；然后打開中斷，退出中斷程序；如果不是EPWM1中斷，則判別是否是EPWM2定時器發生中斷；

如果是EPWM2定時器發生中斷，則判別CAP2Ed的是否為Rising，如果是則輸出第五晶閘管的觸發脈沖，同時輸出第二、第三、第四晶閘管的觸發脈沖，或者直接輸出第五晶閘管的120°寬脈沖；如果不是，則輸出第十一晶閘管的觸發脈沖，同時輸出第八、第九、第十晶閘管的觸發脈沖，或者直接輸出第十一晶閘管的120°寬脈沖；然后打開中斷，退出中斷程序；如果不是EPWM2中斷，則判別是否是EPWM3定時器發生中斷；

如果是EPWM3定時器發生中斷，則判別CAP3Ed的是否為Rising，如果是則輸出第九晶閘管的觸發脈沖，同時輸出第六、第七、第八晶閘管的觸發脈沖，或者直接輸出第九晶閘管的120°寬脈沖；如果不是，則輸出第三晶閘管的觸發脈沖，同時輸出第十二、第一、第二晶閘管的觸發脈沖，或者直接輸出第三晶閘管的120°寬脈沖；然后打開中斷，退出中斷程序；如果不是EPWM3中斷，則判別是否是EPWM4定時器發生中斷；

如果是EPWM4定時器發生中斷，則判別CAP1Ed的是否為Rising，如果是則輸出晶閘管2的觸發脈沖，同時輸出第一、第十一、第十二晶閘管的觸發脈沖，或者直接輸出第二晶閘管的120°寬脈沖；如果不是，則輸出第八晶閘管的觸發脈沖，同時輸出第五、第六、第七晶閘管的觸發脈沖，或者直接輸出第八晶閘管的120°寬脈沖；然后打開中斷，退出中斷程序；如果不是EPWM4中斷，則判別是否是EPWM5定時器發生中斷；

如果是EPWM5定時器發生中斷，則判別CAP2Ed的是否為Rising，如果是則輸出第六晶閘管的觸發脈沖，同時輸出第三、第四、第五晶閘管的觸發脈沖，或者直接輸出第六晶閘管的120°寬脈沖；如果不是，則輸出第十二晶閘管的觸發脈沖，同時輸出第九、第十、第十一晶閘管的觸發脈沖，或者直接輸出第十二晶閘管的120°寬脈沖；然后打開中斷，退出中斷程序；如果不是EPWM5中斷，則判別是否是EPWM6定時器發生中斷；

如果是EPWM6定時器發生中斷，則判別CAP3Ed的是否為Rising，如果是則輸出第十晶閘管的觸發脈沖，同時輸出第七、第八、第九晶閘管的觸發脈沖，或者直接輸出第十晶閘管的120°寬脈沖；如果不是，則輸出第四晶閘管的觸發脈沖，同時輸出第一、第二、第三晶閘管的觸發脈沖，或者直接輸出第四晶閘管的120°寬脈沖；然后打開中斷，退出中斷程序。