级联型高压变频器载波移相调制的应用

摘要

随着世界能源储备的下降,人们开始重视能源的利用率,因此,一场节能减排的风暴席卷而来。为了提高电机的能源利用率,变频器的研究开始为科研人员所关注。多电平变换器的提出,更使得变频器开始由低压小功率向高压大功率转化。由于变频产品对电机节能的效果显著,因此高压变频器控制方式的设计迫在眉睫。
　　 本文以级联型多电平变换器为基本拓扑结构,对高压变频器的载波移相控制技术进行分析和设计。将载波移相控制方式按照载波的移动方向,分为载波垂直移相和载波水平移相两个部分来分析。其中载波垂直移相又分为:载波同相方式(Phase Disposition)、载波正负反相方式(Phase Opposition Disposition)、载波依次反相方式(Alternative Phase Opposition Disposition)。载波水平移相分为:同相调制方式和异相调制方式。为了提高该控制方式的直流电压利用率,在调制波中引入含有三次谐波的零序分量。在三相交流系统中,三次谐波正好可以相互抵消,因此引入的零序分量不会影响输出电压。
　　 本文采用MATLAB工具箱,搭建了载波水平移相控制系统的仿真模型,设计了引入零序分量的改进型水平载波移相控制的仿真。分析了不同频率下的输出电压波形及谐波。同时采用TI公司设计的TMS320F2812芯片作为核心控制芯片,对系统进行了硬件设计。详细的分析了DSP控制器、功率单元箱驱动,其中DSP控制器包括模拟量输入、开关量输入/输出、通信电路以及DSP+FPGA的多路触发电路;功率单元箱驱动则包括了对系统的过热保护、过流保护以及直流母线电压监测与保护电路,并设计了系统的控制程序。
　　 本次设计将载波移相控制应用到高压变频器当中,对低次谐波的抑制效果十分显著,降低了开关损耗,同时改善了系统的直流电压利用率。并通过对硬件的设计实现了载波移相控制算法。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 高压变频器的发展现状及趋势

1.2.1 国内外现状

1.2.2 高压变频技术发展趋势

1.3 市场应用前景

1.4 本文主要研究的内容

第2章 级联型变换器拓扑结构及其控制方法

2.1 多电平变换器的拓扑结构

2.1.1 箝位型多电平变换器

2.1.2 级联型多电平变换器

2.2 载波移相控制算法

2.2.1 载波垂直移相技术

2.2.2 载波水平移相技术

2.3 改进型的载波移相控制

2.3.1 控制自由度思想

2.3.2 改进型载波移相算法

2.4 小结

第3章 系统仿真与分析

3.1 MATLAB/SIMULINK的介绍

3.2 载波移相控制的建模仿真

3.3 改进型的载波移相的建模仿真

3.4 小结

第4章 改进型载波移相的硬件及软件实现

4.1 总体结构

4.2 主控制器电路

4.2.1 主控制器芯片介绍

4.2.2 模拟量输入电路

4.2.3 开关量输入/输出电路

4.2.4 通信电路

4.2.5 FPGA电路

4.3 功率单元箱驱动电路

4.3.1 过热保护电路

4.3.2 直流母线电压监测与保护电路

4.3.3 IGBT过流保护电路

4.4 控制程序设计

4.4.1 主程序结构

4.4.2 A/D采样模块

4.4.3 PWM脉冲程序设计

4.4.4 保护电路设计

4.5 试验结果

4.5.1 功率单元的输出电压

4.5.2 带负载的电压电流输出波形

4.6 小结

结论

参考文献

致谢