dsPIC30F4011高功率因数斯特林制冷机驱动控制系统

dsPIC30F4011高功率因数斯特林制冷机驱动控制系统

高功率因数斯特林制冷机驱动控制系统:

斯特林制冷技术作为低温技术的一个重要分支，相比于传统的蒸汽压缩节流制冷系统，其系统
制冷剂无污染、制冷温区广、效率高，在节能环保方面优势明显，广泛应用于航空航天、军事、超
导、低温电子学等领域。其中，直线驱动型自由活塞式斯特林制冷机(Free-piston Stirling Cooler, FPSC)
因其结构紧凑、重量轻、噪声低、磨损小、可靠性高、寿命长等优点获得越来越多的关注。但由于
斯特林制冷机的技术和生产成本较高，针对大冷量斯特林制冷机的控制器研究还处于起步阶段。另
外，随着电网对电能质量的要求逐步提高，有源功率因数校正技术(Active Power Factor Correction,
APFC)作为一种有效的谐波治理手段，在电机控制中的应用日益广泛。

在分析 APFC 原理与实现方法的基础上，详细推导了单周期控制方法的控制方程，并基
于 IR1155 设计了输出直流电压 400V、最大功率 1kW 的有源功率因数校正器，具体说明了其功率电
路和控制电路的设计过程，着重介绍了高频功率电感的设计方法。

传统的电机控制系统中，交流输入多采用不控整流，功率因数偏低，电流谐波偏大。且随着电
力电子装置的大量应用，电网电流中的谐波含量越来越大，电能质量降低，影响到电气设备的正常
运行，如继电保护和自动装置的误动作，仪器仪表的误测量等，也会给电网带来损耗增加、效率降
低、电磁干扰增多等诸多危害，如变压器发热、电缆老化等。此外，控制系统中大量的逆变桥、开
关电源、滤波电容等非线性元件也会造成谐波污染[3-5]。国内外都针对谐波治理制定了相关的标准，
如针对小功率电气设备的 IEC555-2，针对大功率电气设备的 IEC555-4 等。为了改善电网环境，提高
电能质量，必须对谐波进行有效治理。谐波治理的手段有多种，主要分为被动法和主动法两类。被
动法包括各种无源滤波和有源滤波器，主动法主要是功率因数校正技术，也是现在研究较多的一种
谐波抑制技术。

      
       斯特林发动机是世界上热转换效率最高的外燃机，最早由英国人 Robert Stirling在 1816 年发明。
斯特林发动机通过外部燃烧的高温气体加热内部循环的工质气体，使气体受热膨胀推动活塞做功而
输出功率，既可作为原动机，也可以作为发电机、制冷机、热泵以及压力发生器使用，在发电和制
冷领域前景广阔[9]。国际上，斯特林制冷机的研究机构主要有 Sunpower（美国）、Infinia(STC)、法
国电力公司、LG（韩国）、Toshiba（日本）、Global Cooling BV（新西兰）和 IST（以色列）等；国
内有西安交通大学、华中科技大学、上海理工大学、中科院上海技术物理研究所、昆明物理研究所
和兰州物理研究所等。美国、英国、以色列、荷兰等国家在八十年代已实现斯特林制冷机的系列化
和军用商品化。国内斯特林制冷机的研制工作从上世纪 80 年代开始，至今已积累了大量的技术和经
验。但因起步较晚，加上国外对关键技术和工艺的封锁限制，中国的斯特林制冷机研制水平离世界
先进水平还有较大差距。

MCPWM模块框图

IPM及其外围电路