基于DSP控制的三電平變頻器的研究
三電平逆變器相對于傳統(tǒng)的兩電平而言,它可以使主開關器件的電壓降低一半。由于輸出多了一個電平,可以使du/dt 降低一半,從而使輸出電壓諧波減小,有利于實現(xiàn)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(tǒng)。它普遍采用空間電壓矢量脈寬調制的控制策略,將DSP數(shù)字控制技術應用于三電平逆變器,不僅簡化了系統(tǒng)的硬件結構,提高了系統(tǒng)性能,還可以實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制。
1 系統(tǒng)結構
?。保薄∠到y(tǒng)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(tǒng)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,它是由日本學者Ajura?。危幔猓幔濉〗淌谟冢保梗福薄∧晏岢鰜淼?,并且得到了廣泛應用。這種電路通過多個功率器件串聯(lián),按一定的開關控制產生需要的電平級數(shù),在輸出端合成相應的正弦波。
由于箝位二極管把開關器件兩端的電壓限制在直流母線電壓的一半,所以相對于兩電平逆變器,三電平電路中的開關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 驅動電路的設計
?。桑牵拢浴◎寗与娐愤x擇的合理性和設計的正確性對功能的實現(xiàn)極其重要。IGBT 的通態(tài)電壓、開關時間、開關損耗、承受短路能力等參數(shù)均與門極驅動條件密切相關。
?。桑牵拢浴〉尿寗与娐钒姎飧綦x和晶體管放大電路兩部分,多采用專用的混合集成驅動器,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(jié),當發(fā)生過電流時能快速響應,慢速關斷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,正驅動電壓均為+15V左右,負驅動電壓為-10V,如圖2所示。本次設計共有12路這樣的驅動。
?。病?a class="contentlabel" href="http://m.ptau.cn/news/listbylabel/label/變頻器">變頻器設計基本原理
2.1 三電平空間電壓矢量PWM(SVPWM)
?。樱郑校祝涂刂萍夹g最初源于電動機磁鏈跟蹤技術。這種方法是從電動機的角度出發(fā),其目標是使交流電動機產生圓形磁場。在交流電機調速系統(tǒng)中,為了產生恒定的電磁轉矩,必須保證定子電流產生圓形旋轉的磁場,這種以產生圓形旋轉磁場為目標,合理控制開關導通和關斷的PWM控制就是磁鏈跟蹤技術。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機供電時,電動機的定子磁鏈空間矢量幅值恒定,并以恒速旋轉,磁鏈矢量的運動軌跡形成圓形的空間旋轉磁場(磁鏈圓)。因此如果有
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橋臂上有4 個開關管、4個反向恢復二極管和2個箝位二極管。
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