摘 要： 針對目前離網型永磁同步發電機輸出電壓不穩定及難以調節的問題，先將輸出電壓整流成直流電壓，再將直流電壓逆變為交流電壓輸出。逆變電路采用SPWM算法，并以DSP作為控制核心。經過整流、逆變后，發電機的輸出電壓穩定，并且能對輸出電壓方便地進行調節。
關鍵詞： 同步發電機；電壓調節；SPWM；DSP
永磁同步電機具有良好的性能優勢以及廣闊的發展前景，但它也并非完美無缺，依然存在許多問題。這些問題得不到解決將會阻礙永磁同步電機的發展。電壓調整率是發電機最重要的性能指標之一，其數值完全由發電機本身的固有特性所決定。發電機接上負載后，由于內阻抗壓降及電樞反應產生的去磁效果，輸出電壓會降低。傳統電機可以通過增加勵磁電流加強磁場來調節，但是永磁電機的主磁場由永磁體提供，無法調節，使得永磁發電機的輸出電壓難以控制，致使限制了它的應用范圍。電力電子技術是近年來稀土永磁同步發電機電壓調節領域非常活躍的研究方向之一。電力電子技術作為弱電與強電聯系的紐帶，能為電功率流動的控制及電能形態改變提供有力幫助。本文利用電力電子技術設計了一種永磁同步發電機的調壓方案。該方案設備簡單，不改變電機本體，且調壓效果較好，具有較高實用性和經濟性。
1 整體方案
本文利用電力電子技術中的交-直-交變換原理，采用TI公司的TMS320F2812作為主控芯片，將發電機輸出的交流電經過整流逆變之后，可將永磁發電機輸出電壓穩定在一定范圍內，而且可以根據實際負載需要對穩定的電壓輸出值進行調節。系統的控制框圖如圖1所示。
2 硬件設計
電源部分：系統的正常工作首先需要有穩定可靠的電源。電路中共需要3路電源，分別為+15 V、模擬+5 V和數字+5 V。其中15 V電壓為IGBT驅動電路供電，5 V數字電源為系統供電，5 V模擬電源為AD采樣等電路供電。由于模擬電源需要較高的精度，所以采用兩級穩壓，先用78L06穩壓得到+6 V，再用高精度、高線性度的TL431穩壓得到紋波系數小的穩定的+5 V模擬電源。
IGBT模塊選用英飛凌的FS-30R06W1E3。FS-30R06-W1E3是一款高性能、集成的H橋IGBT模塊，其內部原理如圖2所示，本設計只需用到其中的一個H橋即可。該IGBT可耐壓650 V，工作溫度為80 ℃時工作電流可達30 A。FS-30R06W1E3內部集成NTC熱敏傳感器供外部設備對其溫度監控。DSP可依據圖3熱敏電阻阻值與溫度的關系曲線圖通過查表法采集IGBT溫度，當溫度過高時減小IGBT的輸出功率或關閉IGBT來實現熱保護。
IGBT驅動選用英飛凌公司的2ED020I06-FI芯片。該芯片可工作于母線電壓高達650 V的電路中，驅動電流最大可達+1 A/-2 A，工作電壓14 V~18 V。2ED020I06-FI的控制電平可兼容3.3 V的CMOS電平和5 V的TTL電平。2ED020I06-FI驅動芯片是FS-30R06W1E3配套的驅動模塊。2ED020I06-FI內部結構如圖4所示。
利用DSP事件管理（EV）中的全比較單元，可以方便地產生6路帶有可編程死區和輸出極性的PWM波。載波的頻率（開關頻率）由定時器的定時周期和計數模式決定[4]。
本文設計了一個離網型永磁同步發電機輸出電壓調節器。采用電力電子技術中的交-直-交變換技術并結合TMS320F2812作為控制芯片，能夠改善發電機輸出電壓不穩定的缺點，并且可以對輸出電壓進行調節。
參考文獻
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[2] 李愛文，張承慧.現代逆變技術及其應用[M].北京：科學出版社，2004.
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[4] 蘇奎峰，呂強，耿慶鋒，等.TMS320F2812原理與開發[M].北京：電子工業出版社，2005.