H桥级联型高压变频器的仿真与实验

论文摘要

功率单元级联型多电平变频器具有电网谐波污染小,输入功率因数高,输出波形好等优点,在高压电机节能调速领域具有不可比拟的优势。级联型多电平功率变换电路易于向高电压等级扩展,在高压电机调速和电力系统无功补偿领域已获得实际应用。首先,阐述了国内外高压变频器与多电平逆变器的研究现状、发展趋势以及存在的技术问题。介绍了多电平逆变器的电路拓扑结构,深入分析了H桥单元级联型高压变频器拓扑结构、工作原理、控制策略、实现原理与及设计思想。简单介绍了级联型多电平逆变器常用控制算法的工作原理及算法的性能与特点。为了进一步对级联型变频器进行深入的研究工作,应用Matlab/Simulink软件对5级功率单元级联型高压变频器系统的VVVF控制及其载波移相SPWM控制算法进行了建模仿真分析。其次,在理论分析的基础上,设计了功率单元级联型多电平变频器的主电路、控制电路。控制系统基于数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)芯片实现。对变频器的控制方式、载波频率以及输入变压器的各项参数进行合理的设计和选择,利用FPGA实时产生的多路脉冲对功率单元级联型高压变频器进行控制,用示波器和互感器等对输出电压和电流波形进行测试,实验结果证明了FPGA与主控制器DSP结合实时产生多路脉冲的可行性,验证了基于载波移相功率单元级联型高压变频器具有优良的电压、电流等输出特性。最后,对6KV高压变频器带电动机负载的启动过程和稳态运行的性能进行了实验研究,从实验结果中可以看出,级联型变频器的输出相电压和线电压的阶梯数目较多,波形非常接近正弦波,且电压的变化率小。实验结果证明了主电路和控制系统设计的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外现状及发展趋势
• 1.2.1 国内外发展现状
• 1.2.2 高压变频器的发展趋势
• 1.3 级联型变频器的研究现状及发展趋势
• 1.3.1 多电平逆变器的电路拓扑结构
• 1.3.2 H桥级联型高压变频器的现状及发展
• 1.3.3 级联型高压变频器的PWM控制方法
• 1.4 高压变频调速技术
• 1.5 论文的主要工作
• 第2章 H桥级联型高压变频器
• 2.1 H桥级联型电路
• 2.1.1 H桥逆变电路结构
• 2.1.2 一级功率单元电路
• 2.2 级联型高压变频器功率单元
• 2.2.1 功率单元结构
• 2.2.2 单元级联输出
• 2.3 功率单元级联型高压变频的实现原理
• 2.3.1 高压变频器控制电路
• 2.3.2 旁路设计原理
• 2.3.3 输入变压器多重化设计
• 2.3.4 H桥级联型高压变频的实现
• 2.4 高压变频器对电机的控制方式
• 2.5 本章小结
• 第3章 H桥级联型变频器系统的仿真分析
• 3.1 一相功率单元级联电路建模
• 3.2 级联型变频器PWM技术
• 3.2.1 多路SPWM控制脉冲的分析
• 3.2.2 三角载波SPWM技术
• 3.2.3 SVPWM技术
• 3.3 系统建模仿真与分析
• 3.3.1 系统总体建模
• 3.3.2 SPWM控制算法设计
• 3.3.3 仿真结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 H桥级联型高压变频器的实现
• 4.1 基于DSP和FPGA的系统设计
• 4.1.1 总体控制系统
• 4.1.2 功率单元的驱动板及其可靠性设计
• 4.2 控制系统电路设计
• 4.2.1 主控制器与FPGA
• 4.2.2 信号数据采集模块
• 4.2.3 驱动板脉冲驱动电路的设计与分析
• 4.2.4 DSP主系统软件设计
• 4.3 H桥级联型高压变频器实验结果
• 4.3.1 SPWM驱动信号输出
• 4.3.2 功率单元输出电压
• 4.3.3 高压变频器输出电压
• 4.3.4 带电机空载输出电流
• 4.3.5 带电机加载输出电流
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的论文目录