摘  要： 针对目前离网型永磁同步发电机输出电压不稳定及难以调节的问题，先将输出电压整流成直流电压，再将直流电压逆变为交流电压输出。逆变电路采用SPWM算法，并以DSP作为控制核心。经过整流、逆变后，发电机的输出电压稳定，并且能对输出电压方便地进行调节。
关键词： 同步发电机；电压调节；SPWM；DSP

　永磁同步电机具有良好的性能优势以及广阔的发展前景，但它也并非完美无缺，依然存在许多问题。这些问题得不到解决将会阻碍永磁同步电机的发展。电压调整率是发电机最重要的性能指标之一，其数值完全由发电机本身的固有特性所决定。发电机接上负载后，由于内阻抗压降及电枢反应产生的去磁效果，输出电压会降低。传统电机可以通过增加励磁电流加强磁场来调节，但是永磁电机的主磁场由永磁体提供，无法调节，使得永磁发电机的输出电压难以控制，致使限制了它的应用范围。电力电子技术是近年来稀土永磁同步发电机电压调节领域非常活跃的研究方向之一。电力电子技术作为弱电与强电联系的纽带，能为电功率流动的控制及电能形态改变提供有力帮助。本文利用电力电子技术设计了一种永磁同步发电机的调压方案。该方案设备简单，不改变电机本体，且调压效果较好，具有较高实用性和经济性。
1 整体方案
    本文利用电力电子技术中的交-直-交变换原理，采用TI公司的TMS320F2812作为主控芯片，将发电机输出的交流电经过整流逆变之后，可将永磁发电机输出电压稳定在一定范围内，而且可以根据实际负载需要对稳定的电压输出值进行调节。系统的控制框图如图1所示。

2 硬件设计
    电源部分：系统的正常工作首先需要有稳定可靠的电源。电路中共需要3路电源，分别为+15 V、模拟+5 V和数字+5 V。其中15 V电压为IGBT驱动电路供电，5 V数字电源为系统供电，5 V模拟电源为AD采样等电路供电。由于模拟电源需要较高的精度，所以采用两级稳压，先用78L06稳压得到+6 V，再用高精度、高线性度的TL431稳压得到纹波系数小的稳定的+5 V模拟电源。
    IGBT模块选用英飞凌的FS-30R06W1E3。FS-30R06-W1E3是一款高性能、集成的H桥IGBT模块，其内部原理如图2所示，本设计只需用到其中的一个H桥即可。该IGBT可耐压650 V，工作温度为80 ℃时工作电流可达30 A。FS-30R06W1E3内部集成NTC热敏传感器供外部设备对其温度监控。DSP可依据图3热敏电阻阻值与温度的关系曲线图通过查表法采集IGBT温度，当温度过高时减小IGBT的输出功率或关闭IGBT来实现热保护。

    IGBT驱动选用英飞凌公司的2ED020I06-FI芯片。该芯片可工作于母线电压高达650 V的电路中，驱动电流最大可达+1 A/-2 A，工作电压14 V~18 V。2ED020I06-FI的控制电平可兼容3.3 V的CMOS电平和5 V的TTL电平。2ED020I06-FI驱动芯片是FS-30R06W1E3配套的驱动模块。2ED020I06-FI内部结构如图4所示。

    利用DSP事件管理（EV）中的全比较单元，可以方便地产生6路带有可编程死区和输出极性的PWM波。载波的频率（开关频率）由定时器的定时周期和计数模式决定[4]。
    本文设计了一个离网型永磁同步发电机输出电压调节器。采用电力电子技术中的交-直-交变换技术并结合TMS320F2812作为控制芯片，能够改善发电机输出电压不稳定的缺点，并且可以对输出电压进行调节。
参考文献
[1] 王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009.
[2] 李爱文，张承慧.现代逆变技术及其应用[M].北京：科学出版社，2004.
[3] 王岩.DSP及其应用实践[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.
[4] 苏奎峰，吕强，耿庆锋，等.TMS320F2812原理与开发[M].北京：电子工业出版社，2005.