高压变频级联逆变器调制策略的研究

论文摘要

随着电气传动技术的发展,高压大功率变频技术已经成为交流调速研究的热点之一。级联H桥逆变器作为主要的变频器拓扑结构的一种,具有开关电压应力小、系统损耗少、效率高、输出谐波含量低以及易于实现模块化等特点,因此在高压大功率传动的场合得到了广泛应用。本文主要研究了级联H桥逆变器的调制策略,对目前一些常见的调制方法进行了分析,并具体阐述和比较了载波移相SPWM调制法和参考矢量移相SVM调制法的原理及各自的特点,指出了参考矢量移相SVM调制法具有电压利用率高、易于数字实现以及更适用于电机控制场合等优越性能。本文对载波移相SPWM调制法和参考矢量移相SVM调制法进行了MATLAB仿真分析,仿真结果验证了参考矢量移相SVM调制法的优越性以及理论分析的正确性,并在此基础上对参考矢量SVM调制法的参考矢量具体的移相角度以及开关零矢量的插入方式等一些问题进行了研究。在实验工作中研制了一个多绕组的移相整流变压器以提供九个H桥的独立电源,搭建了由每相三个功率单元串联的级联三相H桥逆变器的实验装置,设计了以数字信号处理器和PIC单片机为核心的逆变器控制系统,根据参考矢量移相SVM调制法进行了软件编程,并在此实验平台上进行了软件和硬件的联调。为基于级联H桥逆变器的变频调速系统下一步的控制策略的研究打下了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 高压变频逆变器的结构与特点
• 1.3 高压变频调速系统的控制策略
• 1.4 论文的主要内容
• 第二章 级联多电平逆变器调制方法的原理
• 2.1 载波移相SPWM 调制法
• 2.1.1 SPWM 调制法
• 2.1.2 载波移相SPWM 调制法
• 2.2 参考矢量移相SVM 调制法
• 2.2.1 SVM 调制法
• 2.2.2 参考矢量移相SVM 调制法
• 2.3 小结
• 第三章 级联多电平逆变器调制方法的仿真研究
• 3.1 载波移相SPWM 调制法的仿真研究
• 3.1.1 载波移相SPWM 算法的实现
• 3.1.2 载波移相SPWM 控制法的优化
• 3.2 参考矢量移相SVM 调制法的仿真研究
• 3.2.1 参考矢量移相SVM 算法的实现
• 3.2.2 参考矢量移相SVM 调制法输出电压与幅度调制比的关系
• 3.2.3 参考矢量移相SVM 调制法输出电压与参考矢量移相角度的关系
• 3.2.4 参考矢量移相SVM 控制法的优化
• 3.3 载波移相SPWM 调制法与参考矢量移相SVM 调制法的比较
• 3.4 小结
• 第四章 级联多电平逆变器系统的硬件设计
• 4.1 系统的组成
• 4.2 移相整流变压器
• 4.2.1 移相整流变压器的原理
• 4.2.2 移相整流变压器的设计
• 4.3 主电路部分
• 4.3.1 H 桥功率单元电路
• 4.3.2 IGBT 的驱动电路
• 4.3.3 过流保护电路
• 4.3.4 过压、欠压保护电路
• 4.3.5 缺相检测电路
• 4.3.6 旁路电路
• 4.4 小结
• 第五章 级联多电平逆变器系统的软件设计
• 5.1 DSP 主控制器
• 5.2 PIC 单片机分控制器
• 5.3 软件设计的流程
• 5.3.1 VVVF 控制的变频调速
• 5.3.2 参考矢量移相 SVM 波形的实现
• 5.4 实验情况与分析
• 5.5 搭建的实验平台照片
• 5.6 小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文