DSP控制的三電平變頻器的設(shè)計(jì)方案解析

　三電平逆變器相對(duì)于傳統(tǒng)的兩電平而言，它可以使主開關(guān)器件的電壓降低一半。由于輸出多了一個(gè)電平，可以使ｄｕ／ｄｔ　降低一半，從而使輸出電壓諧波減小，有利于實(shí)現(xiàn)輸出電壓波形的正弦化，特別適合于高壓大容量的電力電子變換系統(tǒng)。它普遍采用空間電壓矢量脈寬調(diào)制的控制策略，將ＤＳＰ數(shù)字控制技術(shù)應(yīng)用于三電平逆變器，不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)性能，還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制。
　?。薄∠到y(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　１．１　系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)
　　圖１為變頻器主電路結(jié)構(gòu)圖，它大體上由４　部分組成：二極管組成的ＡＣ／ＤＣ整流器；ＩＧＢＴ　構(gòu)成的ＤＣ／ＡＣ逆變器；電壓和電流信號(hào)采樣檢測(cè)電路和由ＤＳＰ　組成的控制電路。主電路采用了傳統(tǒng)的交—直—交變頻結(jié)構(gòu)，整流部分采用１２　脈波二極管整流電路，逆變部分采用二極管箝位逆變電路，它是由日本學(xué)者Ａｊｕｒａ?。危幔猓幔濉〗淌谟冢保梗福薄∧晏岢鰜淼?，并且得到了廣泛應(yīng)用。這種電路通過多個(gè)功率器件串聯(lián)，按一定的開關(guān)控制產(chǎn)生需要的電平級(jí)數(shù)，在輸出端合成相應(yīng)的正弦波。
　　
　　三電平變頻器的整流電路標(biāo)準(zhǔn)配置為１２脈波整流電路（即輸入變壓器為三繞組，二次采用Ｄ和Ｙ接法，兩組二次繞組對(duì)應(yīng)線電壓之間的相位差為π／６，從而使整流后的電壓波形具有１２個(gè)脈波，同時(shí)大大減少了整流器產(chǎn)生的諧波電流），而輸入側(cè)采用諧波濾波器可以進(jìn)一步減少整流器產(chǎn)生的諧波電流。
　　由于箝位二極管把開關(guān)器件兩端的電壓限制在直流母線電壓的一半，所以相對(duì)于兩電平逆變器，三電平電路中的開關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力大大減輕，而輸出功率增加了一倍。
　?。保病?a target='_blank' class='arckwlink_none'>驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
　?。桑牵拢浴◎?qū)動(dòng)電路選擇的合理性和設(shè)計(jì)的正確性對(duì)功能的實(shí)現(xiàn)極其重要。ＩＧＢＴ　的通態(tài)電壓、開關(guān)時(shí)間、開關(guān)損耗、承受短路能力等參數(shù)均與門極驅(qū)動(dòng)條件密切相關(guān)。
　　ＩＧＢＴ　的驅(qū)動(dòng)電路包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分，多采用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器，常用的有三菱公司的Ｍ５７９系列（如Ｍ５７９６２Ｌ　和Ｍ５７９５９Ｌ）和富士公司的ＥＸＢ系列（如ＥＸＢ８４０、ＥＸＢ８４１、ＥＸＢ８５０和ＥＸＢ８５１），其內(nèi)部具有退飽和檢測(cè)和保護(hù)環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)生過電流時(shí)能快速響應(yīng)，慢速關(guān)斷ＩＧＢＴ，并向外部電路給出故障信號(hào)。本次設(shè)計(jì)選用三菱公司的Ｍ５７９６２Ｌ，正驅(qū)動(dòng)電壓均為＋１５Ｖ左右，負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓為－１０Ｖ，如圖２所示。本次設(shè)計(jì)共有１２路這樣的驅(qū)動(dòng)。
　?。病∽冾l器設(shè)計(jì)基本原理
　?。玻薄∪娖娇臻g電壓矢量ＰＷＭ（ＳＶＰＷＭ）
　?。樱郑校祝涂刂萍夹g(shù)最初源于電動(dòng)機(jī)磁鏈跟蹤技術(shù)。這種方法是從電動(dòng)機(jī)的角度出發(fā)，其目標(biāo)是使交流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生圓形磁場(chǎng)。在交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，為了產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，必須保證定子電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，這種以產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為目標(biāo)，合理控制開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷的ＰＷＭ控制就是磁鏈跟蹤技術(shù)。磁鏈的軌跡是靠電壓空間矢量相加得到，因此
　　這種控制方法也稱為電壓空間矢量控制。