基于DSP控制的三电平变频器的研究

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                    　　摘要　　介绍一种基于ＤＳＰ控制的三电平变频器，给出主电路的拓扑结构和驱动电路的设计方法，简单介绍了基本理论，最后给出带三相异步电机的实验波形。
　　０　引言
　　三电平逆变器相对于传统的两电平而言，它可以使主开关器件的电压降低一半。由于输出多了一个电平，可以使ｄｕ／ｄｔ　降低一半，从而使输出电压谐波减小，有利于实现输出电压波形的正弦化，特别适合于高压大容量的电力电子变换系统。它普遍采用空间电压矢量脉宽调制的控制策略，将ＤＳＰ数字控制技术应用于三电平逆变器，不仅简化了系统的硬件结构，提高了系统性能，还可以实现系统的优化控制。
　　１　系统结构
　　１．１　系统的主电路结构
　　图１为变频器主电路结构图，它大体上由４　部分组成：二极管组成的ＡＣ／ＤＣ整流器；ＩＧＢＴ　构成的ＤＣ／ＡＣ逆变器；电压和电流信号采样检测电路和由ＤＳＰ　组成的控制电路。主电路采用了传统的交—直—交变频结构，整流部分采用１２　脉波二极管整流电路，逆变部分采用二极管箝位逆变电路，它是由日本学者Ａｊｕｒａ　Ｎａｂａｅ　教授于１９８１　年提出来的，并且得到了广泛应用。这种电路通过多个功率器件串联，按一定的开关控制产生需要的电平级数，在输出端合成相应的正弦波。



　　一种方法使逆变电路能向交流电动机提供可变频电源、并能保证电动机形成定子磁链圆，就可以实现交流电动机的变频调速。
　　三电平电压型逆变电路如图３　所示。三电平逆变器的每一个桥臂上有４　个开关管、４个反向恢复二极管和２个箝位二极管。
　　通过控制开关管Ｖｉ１、Ｖｉ２、Ｖｉ３、Ｖｉ４（其中ｉ＝ａ、ｂ、ｃ）
　　的开通和关断可以在该ｉ桥臂输出三种不同的电平，即Ｕｄｃ／２、０、－　Ｕｄｃ／２。当一个桥臂上Ｖｉ１、Ｖｉ２　两管导通，Ｖｉ３、Ｖｉ４两管关断时，开关状态Ｓｉ为１，桥臂输出电压为Ｕｄｃ／２；Ｖｉ２、Ｖｉ３两管导通，Ｖｉ１、Ｖｉ４两管关断时，开关状态Ｓｉ为０，桥臂输出电压为０；Ｖｉ３、Ｖｉ４两管导通，Ｖｉ１、Ｖｉ２两管关断时，开关状态Ｓｉ为－１，桥臂输出电压为－　Ｕｄｃ／２，每相的开关状态有３种即１、０、－１。因此三相三电平逆变器有２７　种开关状态，其中有效的有１９种，称为基本电压空间矢量。按照空间矢量幅值大小可分把基本电压空间矢量为四类：零电压空间矢量（零矢量）ｖ０；小电压空间矢量（小矢量）ｖ１、ｖ４　、ｖ７、ｖ１０、ｖ１３、ｖ１６；中电压空间矢量（中矢量）ｖ３、ｖ６、ｖ９、ｖ１２、ｖ１５、ｖ１８；大电压空间矢量（大矢量）ｖ２、ｖ５、ｖ８、ｖ１１、ｖ１４、ｖ１７。其中零电压空间矢量对应三个开关状态（１　１　１）、（０　０　０）、（－１　－１　－１），每个小电压空间矢量都有两种开关状态，电压空间矢量图如图４所示。



　　２．２　恒Ｕ／ｆ控制原理
　　在进行电机调速时，要获得良好的性能指标，须保持磁通量椎ｍ额定不变。如果磁通太弱就没有充分利用电机的铁芯，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁芯饱和，过大的励磁电流使绕组过热而损坏电机。
　　三相异步电动机的每相电动势的有效值为



　　３　控制策略
　　３．１　系统的控制结构
　　普通变频器一般采用速度开环变压变频控制，如图５所示。









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