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基于DSP控制的三电平变频器的研究

发布时间:2020-07-21 18:39:30 阅读: 来源:网络线厂家

0引言 三电平逆变器相对于传统的两电平而言,它可以使主开关器件的电压降低一半。由于输出多了一个电平,可以使du/dt降低一半,从而使输出电压谐波减小,有利于实现输出电压波形的正弦化,特别适合于高压大容量的电力电子变换系统。它普遍采用空间电压矢量脉宽调制的控制策略,将DSP数字控制技术应用于三电平逆变器,不仅简化了系统的硬件结构,提高了系统性能,还可以实现系统的优化控制。 1系统结构 1.1系统的主电路结构 图1为变频器主电路结构图,它大体上由4部分组成:二极管组成的AC/DC整流器;IGBT构成的DC/AC逆变器;电压和电流信号采样检测电路和由DSP组成的控制电路。主电路采用了传统的交—直—交变频结构,整流部分采用12脉波二极管整流电路,逆变部分采用二极管箝位逆变电路,它是由日本学者AjuraNabae教授于1981年提出来的,并且得到了广泛应用。这种电路通过多个功率器件串联,按一定的开关控制产生需要的电平级数,在输出端合成相应的正弦波。

本文引用地址:三电平变频器的整流电路标准配置为12脉波整流电路(即输入变压器为三绕组,二次采用D和Y接法,两组二次绕组对应线电压之间的相位差为π/6,从而使整流后的电压波形具有12个脉波,同时大大减少了整流器产生的谐波电流),而输入侧采用谐波滤波器可以进一步减少整流器产生的谐波电流。 由于箝位二极管把开关器件两端的电压限制在直流母线电压的一半,所以相对于两电平逆变器,三电平电路中的开关器件所承受的电压应力大大减轻,而输出功率增加了一倍。 1.2驱动电路的设计 IGBT驱动电路选择的合理性和设计的正确性对功能的实现极其重要。IGBT的通态电压、开关时间、开关损耗、承受短路能力等参数均与门极驱动条件密切相关。 IGBT的驱动电路包括电气隔离和晶体管放大电路两部分,多采用专用的混合集成驱动器,常用的有三菱公司的M579系列(如M57962L和M57959L)和富士公司的EXB系列(如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851),其内部具有退饱和检测和保护环节,当发生过电流时能快速响应,慢速关断IGBT,并向外部电路给出故障信号。本次设计选用三菱公司的M57962L,正驱动电压均为+15V左右,负驱动电压为-10V,如图2所示。本次设计共有12路这样的驱动。 2变频器设计基本原理 2.1三电平空间电压矢量PWM(SVPWM) SVPWM控制技术最初源于电动机磁链跟踪技术。这种方法是从电动机的角度出发,其目标是使交流电动机产生圆形磁场。在交流电机调速系统中,为了产生恒定的电磁转矩,必须保证定子电流产生圆形旋转的磁场,这种以产生圆形旋转磁场为目标,合理控制开关导通和关断的PWM控制就是磁链跟踪技术。磁链的轨迹是靠电压空间矢量相加得到,因此 这种控制方法也称为电压空间矢量控制。 当用三相平衡的正弦电压向交流电动机供电时,电动机的定子磁链空间矢量幅值恒定,并以恒速旋转,磁链矢量的运动轨迹形成圆形的空间旋转磁场(磁链圆)。因此如果有

一种方法使逆变电路能向交流电动机提供可变频电源、并能保证电动机形成定子磁链圆,就可以实现交流电动机的变频调速。 三电平电压型逆变电路如图3所示。三电平逆变器的每一个桥臂上有4个开关管、4个反向恢复二极管和2个箝位二极管。

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