级联型高压变频器载波移相调制的应用

论文摘要

随着世界能源储备的下降，人们开始重视能源的利用率，因此，一场节能减排的风暴席卷而来。为了提高电机的能源利用率，变频器的研究开始为科研人员所关注。多电平变换器的提出，更使得变频器开始由低压小功率向高压大功率转化。由于变频产品对电机节能的效果显著，因此高压变频器控制方式的设计迫在眉睫。本文以级联型多电平变换器为基本拓扑结构，对高压变频器的载波移相控制技术进行分析和设计。将载波移相控制方式按照载波的移动方向，分为载波垂直移相和载波水平移相两个部分来分析。其中载波垂直移相又分为：载波同相方式（Phase Disposition）、载波正负反相方式（Phase Opposition Disposition）、载波依次反相方式（Alternative Phase Opposition Disposition）。载波水平移相分为：同相调制方式和异相调制方式。为了提高该控制方式的直流电压利用率，在调制波中引入含有三次谐波的零序分量。在三相交流系统中，三次谐波正好可以相互抵消，因此引入的零序分量不会影响输出电压。本文采用MATLAB工具箱，搭建了载波水平移相控制系统的仿真模型，设计了引入零序分量的改进型水平载波移相控制的仿真。分析了不同频率下的输出电压波形及谐波。同时采用TI公司设计的TMS320F2812芯片作为核心控制芯片，对系统进行了硬件设计。详细的分析了DSP控制器、功率单元箱驱动，其中DSP控制器包括模拟量输入、开关量输入/输出、通信电路以及DSP+FPGA的多路触发电路；功率单元箱驱动则包括了对系统的过热保护、过流保护以及直流母线电压监测与保护电路，并设计了系统的控制程序。本次设计将载波移相控制应用到高压变频器当中，对低次谐波的抑制效果十分显著，降低了开关损耗，同时改善了系统的直流电压利用率。并通过对硬件的设计实现了载波移相控制算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高压变频器的发展现状及趋势
• 1.2.1 国内外现状
• 1.2.2 高压变频技术发展趋势
• 1.3 市场应用前景
• 1.4 本文主要研究的内容
• 第2章 级联型变换器拓扑结构及其控制方法
• 2.1 多电平变换器的拓扑结构
• 2.1.1 箝位型多电平变换器
• 2.1.2 级联型多电平变换器
• 2.2 载波移相控制算法
• 2.2.1 载波垂直移相技术
• 2.2.2 载波水平移相技术
• 2.3 改进型的载波移相控制
• 2.3.1 控制自由度思想
• 2.3.2 改进型载波移相算法
• 2.4 小结
• 第3章 系统仿真与分析
• 3.1 MATLAB/SIMULINK 的介绍
• 3.2 载波移相控制的建模仿真
• 3.3 改进型的载波移相的建模仿真
• 3.4 小结
• 第4章 改进型载波移相的硬件及软件实现
• 4.1 总体结构
• 4.2 主控制器电路
• 4.2.1 主控制器芯片介绍
• 4.2.2 模拟量输入电路
• 4.2.3 开关量输入/输出电路
• 4.2.4 通信电路
• 4.2.5 FPGA 电路
• 4.3 功率单元箱驱动电路
• 4.3.1 过热保护电路
• 4.3.2 直流母线电压监测与保护电路
• 4.3.3 IGBT 过流保护电路
• 4.4 控制程序设计
• 4.4.1 主程序结构
• 4.4.2 A/D 采样模块
• 4.4.3 PWM 脉冲程序设计
• 4.4.4 保护电路设计
• 4.5 试验结果
• 4.5.1 功率单元的输出电压
• 4.5.2 带负载的电压电流输出波形
• 4.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢