基于DSP控制的三電平變頻器的研究

作者：時(shí)間：2008-09-10 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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　　０　引言

　　三電平逆變器相對于傳統的兩電平而言，它可以使主開(kāi)關(guān)器件的電壓降低一半。由于輸出多了一個(gè)電平，可以使ｄｕ／ｄｔ　降低一半，從而使輸出電壓諧波減小，有利于實(shí)現輸出電壓波形的正弦化，特別適合于高壓大容量的電力電子變換系統。它普遍采用空間電壓矢量脈寬調制的控制策略，將ＤＳＰ數字控制技術(shù)應用于三電平逆變器，不僅簡(jiǎn)化了系統的硬件結構，提高了系統性能，還可以實(shí)現系統的優(yōu)化控制。

　?。薄∠到y結構

　?。保薄∠到y的主電路結構

　　圖１為變頻器主電路結構圖，它大體上由４　部分組成：二極管組成的ＡＣ／ＤＣ整流器；ＩＧＢＴ　構成的ＤＣ／ＡＣ逆變器；電壓和電流信號采樣檢測電路和由ＤＳＰ　組成的控制電路。主電路采用了傳統的交—直—交變頻結構，整流部分采用１２　脈波二極管整流電路，逆變部分采用二極管箝位逆變電路，它是由日本學(xué)者Ａｊｕｒａ?。危幔猓幔濉〗淌谟冢保梗福薄∧晏岢鰜?lái)的，并且得到了廣泛應用。這種電路通過(guò)多個(gè)功率器件串聯(lián)，按一定的開(kāi)關(guān)控制產(chǎn)生需要的電平級數，在輸出端合成相應的正弦波。

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/258042.htm　　三電平變頻器的整流電路標準配置為１２脈波整流電路（即輸入變壓器為三繞組，二次采用Ｄ和Ｙ接法，兩組二次繞組對應線(xiàn)電壓之間的相位差為π／６，從而使整流后的電壓波形具有１２個(gè)脈波，同時(shí)大大減少了整流器產(chǎn)生的諧波電流），而輸入側采用諧波濾波器可以進(jìn)一步減少整流器產(chǎn)生的諧波電流。

　　由于箝位二極管把開(kāi)關(guān)器件兩端的電壓限制在直流母線(xiàn)電壓的一半，所以相對于兩電平逆變器，三電平電路中的開(kāi)關(guān)器件所承受的電壓應力大大減輕，而輸出功率增加了一倍。

　　１．２　驅動(dòng)電路的設計

　?。桑牵拢浴◎寗?dòng)電路選擇的合理性和設計的正確性對功能的實(shí)現極其重要。ＩＧＢＴ　的通態(tài)電壓、開(kāi)關(guān)時(shí)間、開(kāi)關(guān)損耗、承受短路能力等參數均與門(mén)極驅動(dòng)條件密切相關(guān)。

　?。桑牵拢浴〉尿寗?dòng)電路包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分，多采用專(zhuān)用的混合集成驅動(dòng)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），其內部具有退飽和檢測和保護環(huán)節，當發(fā)生過(guò)電流時(shí)能快速響應，慢速關(guān)斷ＩＧＢＴ，并向外部電路給出故障信號。本次設計選用三菱公司的Ｍ５７９６２Ｌ，正驅動(dòng)電壓均為＋１５Ｖ左右，負驅動(dòng)電壓為－１０Ｖ，如圖２所示。本次設計共有１２路這樣的驅動(dòng)。

　?。病?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/變頻器">變頻器設計基本原理

　?。玻薄∪娖娇臻g電壓矢量ＰＷＭ（ＳＶＰＷＭ）

　?。樱郑校祝涂刂萍夹g(shù)最初源于電動(dòng)機磁鏈跟蹤技術(shù)。這種方法是從電動(dòng)機的角度出發(fā)，其目標是使交流電動(dòng)機產(chǎn)生圓形磁場(chǎng)。在交流電機調速系統中，為了產(chǎn)生恒定的電磁轉矩，必須保證定子電流產(chǎn)生圓形旋轉的磁場(chǎng)，這種以產(chǎn)生圓形旋轉磁場(chǎng)為目標，合理控制開(kāi)關(guān)導通和關(guān)斷的ＰＷＭ控制就是磁鏈跟蹤技術(shù)。磁鏈的軌跡是靠電壓空間矢量相加得到，因此

　　這種控制方法也稱(chēng)為電壓空間矢量控制。

　　當用三相平衡的正弦電壓向交流電動(dòng)機供電時(shí)，電動(dòng)機的定子磁鏈空間矢量幅值恒定，并以恒速旋轉，磁鏈矢量的運動(dòng)軌跡形成圓形的空間旋轉磁場(chǎng)（磁鏈圓）。因此如果有

　　一種方法使逆變電路能向交流電動(dòng)機提供可變頻電源、并能保證電動(dòng)機形成定子磁鏈圓，就可以實(shí)現交流電動(dòng)機的變頻調速。

　　三電平電壓型逆變電路如圖３　所示。三電平逆變器的每一個(gè)橋臂上有４　個(gè)開(kāi)關(guān)管、４個(gè)反向恢復二極管和２個(gè)箝位二極管。

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