基于DSP控制的三電平變頻器的研究

作者：時(shí)間：2008-09-10 來源：網(wǎng)絡(luò)

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本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/258042.htm
　　通過控制開關(guān)管Ｖｉ１、Ｖｉ２、Ｖｉ３、Ｖｉ４（其中ｉ＝ａ、ｂ、ｃ）的開通和關(guān)斷可以在該ｉ橋臂輸出三種不同的電平，即Ｕｄｃ／２、０、－?。眨洌悖病．?dāng)一個(gè)橋臂上Ｖｉ１、Ｖｉ２　兩管導(dǎo)通，Ｖｉ３、Ｖｉ４兩管關(guān)斷時(shí)，開關(guān)狀態(tài)Ｓｉ為１，橋臂輸出電壓為Ｕｄｃ／２；Ｖｉ２、Ｖｉ３兩管導(dǎo)通，Ｖｉ１、Ｖｉ４兩管關(guān)斷時(shí)，開關(guān)狀態(tài)Ｓｉ為０，橋臂輸出電壓為０；Ｖｉ３、Ｖｉ４兩管導(dǎo)通，Ｖｉ１、Ｖｉ２兩管關(guān)斷時(shí)，開關(guān)狀態(tài)Ｓｉ為－１，橋臂輸出電壓為－　Ｕｄｃ／２，每相的開關(guān)狀態(tài)有３種即１、０、－１。因此三相三電平逆變器有２７　種開關(guān)狀態(tài)，其中有效的有１９種，稱為基本電壓空間矢量。按照空間矢量幅值大小可分把基本電壓空間矢量為四類：零電壓空間矢量（零矢量）ｖ０；小電壓空間矢量（小矢量）ｖ１、ｖ４　、ｖ７、ｖ１０、ｖ１３、ｖ１６；中電壓空間矢量（中矢量）ｖ３、ｖ６、ｖ９、ｖ１２、ｖ１５、ｖ１８；大電壓空間矢量（大矢量）ｖ２、ｖ５、ｖ８、ｖ１１、ｖ１４、ｖ１７。其中零電壓空間矢量對(duì)應(yīng)三個(gè)開關(guān)狀態(tài)（１?。薄。保?、（０?。啊。埃?、（－１　－１?。保?，每個(gè)小電壓空間矢量都有兩種開關(guān)狀態(tài)，電壓空間矢量圖如圖４所示。

　?。玻病『悖眨?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/控制">控制原理

　　在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，要獲得良好的性能指標(biāo)，須保持磁通量椎ｍ額定不變。如果磁通太弱就沒有充分利用電機(jī)的鐵芯，是一種浪費(fèi)；如果過分增大磁通，又會(huì)使鐵芯飽和，過大的勵(lì)磁電流使繞組過熱而損壞電機(jī)。

　　三相異步電動(dòng)機(jī)的每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為

　　要保持磁通量額定不變，變頻調(diào)速中須維持Ｅ／ｆ＝　常數(shù)。但是，電機(jī)定子氣隙電勢(shì)難以直接測(cè)量、控制。

　　因此，變頻器要維持恒磁通，只要使Ｕ與ｆ成比例改變即可。該控制方式簡(jiǎn)稱恒Ｕ／ｆ控制。

　?。场】刂撇呗?

　?。常薄∠到y(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)

　　普通變頻器一般采用速度開環(huán)變壓變頻控制，如圖５所示。

　　該系統(tǒng)采用電壓空間矢量調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)變壓變頻控制，可以由開環(huán)給定一個(gè)頻率值或者由系統(tǒng)中的某一參數(shù)和其反饋值經(jīng)過ＰＩ　調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)的輸出頻率，通過Ｕ／ｆ曲線得到一個(gè)電壓值，再由ＳＶＰＷＭ波形發(fā)生器產(chǎn)生ＳＶＰＷＭ觸發(fā)脈沖，這樣就可以通過改變功率器件ＩＧＢＴ　的占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的控制，通過控制逆變橋的工作周期來控制輸出頻率。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，主要包括頻率斜坡函數(shù)發(fā)生器、Ｕ／ｆ函數(shù)發(fā)生器、電流限制調(diào)節(jié)器、電壓限制調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、低頻阻抗壓降補(bǔ)償、ＰＩ　調(diào)節(jié)等控制環(huán)節(jié)。圖５中的控制部分主要由數(shù)字化來實(shí)現(xiàn)，其控制核心由數(shù)字化信號(hào)處理器（ＤＳＰ）完成。其時(shí)鐘頻率為４０?。停龋?

　　３．２?。模樱械倪x型

　?。模樱惺且环N特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，其內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的ＤＳＰ指令，可以用來快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。

　　為了滿足三電平逆變器的控制要求和ＳＶＰＷＭ控制算法運(yùn)算量大及實(shí)時(shí)電壓、電流檢測(cè)、分析和計(jì)算的特點(diǎn)，結(jié)合本系統(tǒng)需要較強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)處理能力和ＤＳＰ應(yīng)用普及程度，ＤＳＰ選用ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ。

　?。常场∠到y(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　為了獲得良好的運(yùn)行效果，合理地編制控制軟件是十分重要的。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，為了調(diào)試方便，系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，即每一模塊完成一定的功能。程序由主程序、ＡＤＣ中斷服務(wù)子程序、功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)（ＰＤＰＩＮＴ）中斷服務(wù)子程序和ＰＷＭ　中斷服務(wù)子程序組成，其流程圖如圖６和７所示。