基于DSP控制的三電平變頻器的研究
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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(guān)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(diào)制的控制策略，將ＤＳＰ數(shù)字控制技術(shù)應(yīng)用于三電平逆變器，不僅簡化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)
?。保薄∠到y(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)
圖１為變頻器主電路結(jié)構(gòu)圖，它大體上由４ 部分組成：二極管組成的ＡＣ／ＤＣ整流器；ＩＧＢＴ 構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(xué)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(yīng)用。這種電路通過多個功率器件串聯(lián)，按一定的開關(guān)控制產(chǎn)生需要的電平級數(shù)，在輸出端合成相應(yīng)的正弦波。
由于箝位二極管把開關(guān)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(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力大大減輕，而輸出功率增加了一倍。
１．２ 驅(qū)動電路的設(shè)計
?。桑牵拢浴◎?qū)動電路選擇的合理性和設(shè)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(guān)時間、開關(guān)損耗、承受短路能力等參數(shù)均與門極驅(qū)動條件密切相關(guān)。
ＩＧＢＴ 的驅(qū)動電路包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分，多采用專用的混合集成驅(qū)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(nèi)部具有退飽和檢測和保護(hù)環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)生過電流時能快速響應(yīng)，慢速關(guān)斷ＩＧＢＴ，并向外部電路給出故障信號。本次設(shè)計選用三菱公司的Ｍ５７９６２Ｌ，正驅(qū)動電壓均為＋１５Ｖ左右，負(fù)驅(qū)動電壓為－１０Ｖ，如圖２所示。本次設(shè)計共有１２路這樣的驅(qū)動。
２ 變頻器設(shè)計基本原理
?。玻薄∪娖娇臻g電壓矢量ＰＷＭ（ＳＶＰＷＭ）
?。樱郑校祝涂刂萍夹g(shù)最初源于電動機(jī)磁鏈跟蹤技術(shù)。這種方法是從電動機(jī)的角度出發(fā)，其目標(biāo)是使交流電動機(jī)產(chǎn)生圓形磁場。在交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，為了產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，必須保證定子電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)的磁場，這種以產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目標(biāo)，合理控制開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷的ＰＷＭ控制就是磁鏈跟蹤技術(shù)。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(dāng)用三相平衡的正弦電壓向交流電動機(jī)供電時，電動機(jī)的定子磁鏈空間矢量幅值恒定，并以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈?zhǔn)噶康倪\動軌跡形成圓形的空間旋轉(zhuǎn)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(guān)管、４個反向恢復(fù)二極管和２個箝位二極管。
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