三相四桥臂逆变器在非对称负载下的控制策略及其实现

摘要

随着电力电子技术的发展，采用PWM三相三桥臂逆变电路把直流转换为交流供给三相负载是一种目前常用的方法。但这种方法没有中线。对于三相对称负载(如三相交流电机)可以得到三相对称的相电压。但是如果三相负载不对称就会造成相电压不平衡。为此需要设置三相中线，通过中线的控制来保证在非对称负载下三相相电压的对称。近些年一种采用三相四桥臂逆变器的方案受到关注。这种三相四桥臂逆变器结构紧凑、体积重量小、效率高，在增加一个桥臂的同时，也增加了一个自由度，因而其控制也变得比较复杂。 本文在总结、分析其它控制方法的基础上，建立了三维空间矢量控制方法。与其它控制方法相比，该方法具有电压利用率高、开关频率相对较低、控制灵活、便于数字控制实现等优点。 在三维空间矢量控制算法中，本文对采样矢量的区间判别、特定矢量作用时间的计算和开关管的作用时序等进行了公式推导并计算出了各桥臂上开关管导通的持续时间。通过对三相四桥臂逆变器进行数学建模、分析，采用了电压负反馈和电流正反馈补偿的双闭环反馈控制方案。基于空间矢量控制算法的非线性和智能控制的优越性，本文应用模糊控制PID设计了电压调节器和电流调节器。应用Simulink中PowerSystemBlockset模块搭建电路模型，进行仿真。仿真结果证明该方法具有良好的控制效果。 本文以TMS320LF2407ADSP芯片为平台，实现了三维空间矢量控制算法。应用其PDPINTA功率驱动保护中断输入引脚，实现了主电路的过电流保护；应用其A/D端口，对反馈电压、电流进行采样；利用其事件管理器A中的两路通用定时器比较输出和三个全比较单元的六路比较输出，实现了八路SVPWM触发脉冲输出。 在模糊调节器的设计中，依据模糊化中最大隶属度思想，根据各输入的隶属函数确立了模糊变量的范围；依据解模糊中MIN—MAX—重心法思想，根据PID各参数的隶属函数对模糊输出进行整定，应用查表的方式实现了模糊PID调节器的设计。 论文还详细的设计了三相四桥臂逆变器的主电路、驱动电路、保护电路等，并对硬件电路及软件电路进行调试，实验结果证明了该系统设计合理。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2三相逆变技术

1.3论文的内容安排

第二章三相四桥臂逆变电路

2.1引言

2.2不对称三相电路分析

2.3三相三桥臂逆变器

2.4三相四桥臂逆变器

2.5三相四桥臂逆变器的控制策略

2.5.1根据中线电流方向控制第四桥臂

2.5.2最大误差电流调节法

2.5.3中性点电位控制法

2.5.4相序控制法

2.5.5三维空间矢量法

2.6本章小结

第三章基于三维空间矢量控制算法控制系统的设计

3.1引言

3.2空间坐标变换

3.2.1三相静止坐标系与两相静止坐标系的变换

3.2.2两相静止坐标系与两相旋转坐标系的变换

3.3空问矢量控制算法

3.3.1特定矢量作用时间的计算

3.3.2采样矢量所在区间的判定

3.3.3基准开关相量作用时序的确定

3.4三相四桥臂逆变器的建模

3.5三相四桥臂逆变器的控制

3.5.1基准电压的轨迹

3.5.2电压、电流调节器的设计

3.6系统仿真

3.6.1仿真模块的建立

3.6.2 SVPWM的生成

3.6.3仿真结果

3.7本章小结

第四章硬件电路的设计

4.1引言

4.2主电路设计

4.2.1 1GBT的选择

4.2.2 1GBT驱动电路

4.2.3缓冲电路的设计

4.2.4滤波电路的设计

4.3检测电路的设计

4.3.1三相电流检测电路

4.3.2三相电压检测电路

4.4过流保护电路的设计

4.5主控制电路的设计

4.5.1TMS320LF2407A DSP芯片概述

4.5.2时钟电路的设计

4.5.3复位电路设计

4.5.4模数接口的设计

4.6基准电压模块的选择

4.7本章小节

第五章空间矢量控制算法的软件设计

5.1引言

5.2 DSP中数的表示

5.3主程序的设计

5.4中断处理程序

5.5过流保护中断服务程序

5.6定时器中断服务程序设计

5.6.1电压电流采样模块

5.6.2空间矢量控制算法模块

5.6.3电压、电流模糊PID调节器模块

5.6.4 SVPWM脉冲生成

5.7抗干扰程序的设计

5.8本章小节

第六章系统调试

6.1引言

6.2控制系统实验平台

6.3实验结果及分析

6.4本章小结

第七章结论与展望

7.1总结

7.2研究展望

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

附图

致谢