基于DSP与FPGA的级联型高变频器的研究与实现

摘要

近年来,级联型高压变频器作为一种新型的功率变流器在大功率、高电压场合越来越广泛地应用,但随着高压变频器功率开关器件的增多,以及控制精度的要求也越来越高,这就对变频器的控制系统提出了更高的要求,不但要保证开关器件触发信号的安全可靠,还要能够实现多路实时的精确控制。针对这些问题,本文设计并实现了基于DSP和FPGA的控制系统。
　　论文从研究高压变频器的研究背景和国内外发展现状出发,分析了高压变频器的主要结构类型,重点介绍了目前应用最广泛的级联型高压变频器,然后根据其结构特点选定了CPS-SPWM(Carrier Phase Shifted Sinusoidal Pulse Width Modulation,载波相移正弦脉宽调制)技术作为其调制技术,并对这种技术进行了详细的数学分析。为了验证CPS-SPWM技术的调制效果,利用MATLAB工具仿真了基于CPS-SPWM技术的级联型变流器的输出特性,结果表明CPS-SPWM技术比传统的PWM技术具有更优的线性度和更好的谐波特性。同时,为了在一个控制系统中产生尽量多的CPS-SPWM调制波,设计实现了基于FPGA的调制波发生器。最后以TI公司DSP芯片TMS320F2812为核心设计完成了高压变频器的主控电路,并给出了主要的程序功能流程图。
　　在以上理论分析和仿真测试的基础上,为验证所设计的控制系统能否满足实际需求,对所设计的控制系统在6kV-900kW的级联型高压变频试验台上进行了空载和带负载试验,变频器都能在较低频率下保持较好的输出波形和较低的谐波含量。测试结果验证了上面设计方案的正确性和可行性。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 高压变频器的国内外发展现状分析

1.3 高压变频器结构类型及特点

1.4本论文的主要研究意义及内容

第2章 级联型高压变频器的拓扑结构及控制算法

2.1 级联型高压变频器的拓扑结构

2.2 基于CPS-SPWM技术的控制策略研究

第3章 基于CPS-SPWM的级联型变频器仿真与分析

3.1 三角波的产生与实现

3.2 全桥逆变单元驱动脉冲的生成

3.3 单相级联多电平变频器的仿真与分析

第4章 基于FPGA的CPS-SPWM发生器实现

4.1 CPS-SPWM发生器的结构设计

4.2 单相CPS-SPWM技术的实现

4.3 三相脉冲的设计与仿真

第5章 基于DSP的控制系统设计

5.1 控制系统的硬件设计

5.2 DSP控制程序的设计

第6章 级联型高压变频器的系统性能测试

6.1 通电前的检查与准备

6.2 高压变频柜的低压测试

6.3 高压变频器高压测试

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 研究展望

参考文献

致谢

附录