IGBT串联均压高压变频器的研究

摘要

随科技的不断发展，高压大容量电动机得到了广泛应用，从而高压变频器获得了广阔的发展空间。在高电压等级下选取合适的开关器件异常关键。IGBT在很多方面具有明显优势，但在大容量变频器中，时下单只IGBT的电压和电流等级还达不到要求，因此单元级联高压变频器和基于IGBT串联高压变频器分别在不同场合得到了广泛应用。利用矢量控制系统控制高压变频器响应速度更高，可使高压变频器更快速、精确的工作，转矩响应比较好，高压变频器矢量控制技术以及功率单元IGBT串联的均压技术是当今电力电子领域研究的热点。
　　本文对当前各种IGBT串联有源均压策略进行比较分析，具体研究了IGBT栅极侧阻容二极管有源串联均压策略，并对其进行了仿真分析。然后在研究了高压变频器矢量控制策略的基础之上，建立了数学模型，并对电压空间矢量调制技术(SVPWM)进行了较深入的研究。在此基础上，搭建了Matlab仿真模型，对矢量控制策略进行了仿真分析。在可行性分析之后，把矢量控制确定为高压变频器的控制方式。
　　最后论文以PIC18F2331为核心控制芯片，采用矢量控制策略，搭建了一台功率为2kW的实验样机，功率部分采用IGBT栅极侧有源均压的方式。驱动模块采用2SD315A，驱动供电系统为低压取能中的电磁送能方式。2kW的实验样机的测试结果表明，该系统矢量控制的控制精度高，功率模块串联IGBT均压特性良好，此实验样机达到预计要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 高压变频器的背景和研究意义

1．2 国内和国外高压变频器的研究现状

1．3 永磁同步电动机矢量控制研究现状

1．4 IGBT串联电压不均衡因素

1．4．1 静态因素

1．4．2 动态因素

1．5 本课题主要研究内容

第2章 IGBT串联栅极侧有源均压技术

2．1 阻容二极管有源箝位均压技术原理

2．1．1 静态均压原理及参数计算

2．1．2 动态均压电路设计及工作原理

2．2 多种有源均压策略原理分析及比较

2．2．1 基于稳压二极管、Miller电容的有源箝位

2．2．2 AVC驱动系统

2．2．3 三种有源均压策略的比较

2．3 阻容二极管有源箝位均压电路的仿真分析

2．3．1 均压单元的构建

2．3．2 仿真结果分析

2．4 本章小结

第3章 高压变频器矢量控制工作原理及仿真

3．1 高压变频器矢量控制原理

3．1．1 坐标变换

3．1．2 永磁同步电动机的数学模型

3．1．3 SVPWM的基本原理

3．1．4 SVPWM算法的实现

3．2 矢量控制的仿真分析

3．2．1 仿真模型的建立

3．2．2 结果分析

3．3 本章小结

第4章 高压变频器系统设计

4．1 高压变频器整体结构设计

4．2 系统硬件设计

4．2．1 核心控制单元

4．2．2 驱动单元

4．2．3 电磁送能单元

4．2．4 保护单元

4．3 系统软件设计

4．3．1 主程序

4．3．2 位置检测流程

4．3．3 中断子程序

4．4 本章小结

第5章 实验研究

5．1 实验平台搭建

5．2 实验结果分析

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢