專利名稱：一種基于移相式svpwm調(diào)制方法的級聯(lián)多電平變頻調(diào)速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種變頻調(diào)速系統(tǒng)，特別是一種基于移相式SVPWM(空間矢量脈寬調(diào)制；Space Vector Pulse Width Method)調(diào)制方法的級聯(lián)多電平變頻調(diào)速裝置。
背景技術(shù)：
電能是當(dāng)前人類文明發(fā)展的動力，也是當(dāng)前衡量一個國家發(fā)展與人民生活的一個 重要指標(biāo)。我國的電能生產(chǎn)與發(fā)展已經(jīng)名列世界前茅，但仍不能滿足工業(yè)生產(chǎn)和人民生活 提高的需要，其中一個主要原因就是電能的浪費現(xiàn)象很嚴(yán)重，因此變頻調(diào)速電路以其優(yōu)異 的節(jié)電性能越來越受到人們的重視。變頻調(diào)速是一種比較理想的調(diào)速方法，其調(diào)速性能優(yōu) 良、效率高，是交流調(diào)速電路的主要發(fā)展方向。自20世紀(jì)90年代以來，多電平技術(shù)在高壓 大功率方面的應(yīng)用越來越廣泛，而級聯(lián)多電平技術(shù)以其開關(guān)損耗小、諧波含量低、效率及功 率因數(shù)高等優(yōu)點，得到了更加良好的發(fā)展前景。SVPWM技術(shù)將變頻器和交流電機視為一個整 體，把數(shù)學(xué)模型建立在電機統(tǒng)一理論和坐標(biāo)變換理論基礎(chǔ)上，具有電壓利用率高、諧波特性 好等優(yōu)點，在交流調(diào)速系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，將SVPWM調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于級聯(lián)型變頻器，能大 大提高點擊的運行特性和工作效率。但是傳統(tǒng)的SVPWN調(diào)制方法中存在的電壓矢量選擇困 難和計算復(fù)雜的問題，傳統(tǒng)的載波移向PWM調(diào)制方法中存在的電壓利用率較低的缺點。
(三)實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種基于移相式SVPWM調(diào)制方法的級聯(lián)多電平變頻 調(diào)速裝置，它把三電平SVPWM調(diào)制和移相技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于級聯(lián)多電平變頻調(diào)速系統(tǒng)，能夠 解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、運行速度精度高的變頻調(diào)速裝置。本實用新型的技術(shù)方案一種基于移相式SVPWM調(diào)制方法的級聯(lián)多電平變頻調(diào)速 裝置，包括工頻電源、異步電機，其特征在于它主要由變頻器主電路、控制電路和采樣電路 構(gòu)成；其中，所說的變頻器主電路和控制電路由工頻電源為其供電，所說的變頻器主電路的 輸入端還與控制電路的輸出端連接，其輸出端與采樣電路的輸入端、異步電機的輸入端連 接；所說的控制電路的輸入端與采樣電路的輸出端連接，輸入采樣信號，并將得到的PWM控 制信號輸送給變頻器主電路。上述所說的變頻器主電路由3N個功率單元組成，每個功率單元均是一個單相輸 出的AC/DC/AC變頻器，相鄰的N個功率單元的輸出端級聯(lián)組成一相，三相以星形結(jié)構(gòu)連接； 所說的每個功率單元的輸入端分別連接控制電路輸出端。上述所說的控制電路包括DSP主控板和FPGA板，其中所說的DSP主控板的輸出端 與FPGA板的輸入端連接，采用DSP與FPGA聯(lián)合控制，DSP采用TI公司的TMS320LF2812芯 片，F(xiàn)PGA采用Altera公司的Cyclone芯片。上述所說的采樣電路由采集電壓信號的A/D轉(zhuǎn)換模塊、采集電流信號的A/D轉(zhuǎn)換 模塊和采集頻率信號的A/D轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成，且A/D轉(zhuǎn)換模塊采用AD7684型號，其連接為常規(guī)連接。本實用新型的工作方法(1)采樣電路在變頻器主電路輸出端檢測電壓、電流和頻率信號，并把這些信號送 入到以DSP為核心的控制電路中；(2) DSP主控板實現(xiàn)電壓前饋解耦型矢量控制，并計算出一個三電平變頻單元的矢 量，并輸出PWM信號； (3) FPGA板接收DSP主控板的PWM信號并對其移相，實現(xiàn)移相式SVPWM輸出，從而 控制功率開關(guān)器件的觸發(fā)角和關(guān)斷角，使各個功率單元輸出相位相差η/N、幅值完全相同 的電壓；(4)變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路的各功率單元接收控制電路輸出的SVPWM信號進行動 作，各個功率單元輸出的電壓經(jīng)過疊加形成不同頻率和幅值的正弦電壓，直接輸出供給電 動機，從而實現(xiàn)變頻調(diào)速功能。本實用新型的工作原理(1)由三電平變頻器擴展開去，對于N單元級聯(lián)變頻電 路，每個單元仍可看成一個三電平變頻器，故單元級聯(lián)電路可以采用基本的三電平SVPWM 調(diào)制方法。為得到多電平的輸出效果，借鑒移相式SPWM的調(diào)制思路，每相N單元的各矢量作 用順序一致，但各級連單元電壓矢量作用時間有相位差，即矢量存在相移。設(shè)空間矢量的采 樣時間為Ts，采用上述調(diào)制方法，N單元級聯(lián)變頻電路各單元矢量作用時間的差值為Ts/N ； (2)主控板DSP矢量控制采用匯編語言編程，包括主程序和中斷子程序。主程序負(fù)責(zé)有關(guān)相 關(guān)的初始化；中斷子程序是程序的核心，包括電流采樣環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)速測試環(huán)節(jié)、坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)、 轉(zhuǎn)子磁鏈位置估算環(huán)節(jié)和PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)等。PWM分配板FPGA芯片采用原理圖法和VHDL語 言的混合編程實現(xiàn)PWM脈沖的移相多路輸出；(3) DSP只負(fù)責(zé)一個三電平變頻單元的矢量計 算，其他(N-I)單元的矢量控制信號采用FPGA進行移相得出，并在其中加入死區(qū)時間(見 圖4)。本實用新型的優(yōu)越性在于⑴利用高性能數(shù)字信號處理芯片(DSP與FPGA)及級 聯(lián)多電平技術(shù)實現(xiàn)級聯(lián)多電平變頻調(diào)速電路，在很大程度上提高了變頻器輸出電壓的電能 質(zhì)量，提高了電動機的響應(yīng)速度和精度；(2)減少了輸出電壓的諧波含量和du/dt值，逆變 器的開關(guān)管工作在低壓低頻(或工頻)狀態(tài)，開關(guān)損耗及EMI較小，效率較高；(3)把三電 平SVPWM調(diào)制和移相技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于級聯(lián)多電平變頻調(diào)速系統(tǒng)，能夠解決基傳統(tǒng)的SVPWN 調(diào)制方法中存在的電壓矢量選擇困難和計算復(fù)雜的問題，還能解決傳統(tǒng)的載波移向PWM調(diào) 制方法中存在的電壓利用率較低的缺點。


圖1為本實用新型所涉一種基于移相式SVPWM調(diào)制方法的級聯(lián)多電平變頻調(diào)速裝 置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本實用新型所涉一種基于移相式SVPWM調(diào)制方法的級聯(lián)多電平變頻調(diào)速裝 置中變頻器主電路的電路拓?fù)鋱D。圖3為本實用新型所涉一種基于移相式SVPWM調(diào)制方法的級聯(lián)多電平變頻調(diào)速裝 置中控制電路的結(jié)構(gòu)框圖。圖4為本實用新型所涉一種基于移相式SVPWM調(diào)制方法的級聯(lián)多電平變頻調(diào)速裝置的DSP中斷服務(wù)子程序流程圖。 具體實施方式
實施例一種基于移相式SVPWM調(diào)制方法的級聯(lián)多電平變頻調(diào)速裝置(見圖1)，包括工頻電源、異步電機，其特征在于它主要由變頻器主電路、控制電路和采樣電路構(gòu)成； 其中，所說的變頻器主電路和控制電路由工頻電源為其供電，所說的變頻器主電路的輸入 端還與控制電路的輸出端連接，其輸出端與采樣電路的輸入端、異步電機的輸入端連接；所 說的控制電路的輸入端與采樣電路的輸出端連接，輸入采樣信號，并將得到的PWM控制信 號輸送給變頻器主電路。上述所說的變頻器主電路(見圖2)由3N個功率單元組成，每個功率單元均是一 個單相輸出的AC/DC/AC變頻器，相鄰的N個功率單元的輸出端級聯(lián)組成一相，三相以星形 結(jié)構(gòu)連接；所說的每個功率單元的輸入端分別連接控制電路輸出端。上述所說的控制電路(見圖3)包括DSP主控板和FPGA板，其中所說的DSP主 控板的輸出端與FPGA板的輸入端連接，采用DSP與FPGA聯(lián)合控制，DSP采用TI公司的 TMS320LF2812 芯片，F(xiàn)PGA 采用 Altera 公司的 Cyclone 芯片。上述所說的采樣電路由采集電壓信號的A/D轉(zhuǎn)換模塊、采集電流信號的A/D轉(zhuǎn)換 模塊和采集頻率信號的A/D轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成，且A/D轉(zhuǎn)換模塊采用AD7684型號，其連接為常 規(guī)連接。
權(quán)利要求一種基于移相式SVPWM調(diào)制方法的級聯(lián)多電平變頻調(diào)速裝置，包括工頻電源、異步電機，其特征在于它主要由變頻器主電路、控制電路和采樣電路構(gòu)成；其中，所說的變頻器主電路和控制電路由工頻電源為其供電，所說的變頻器主電路的輸入端還與控制電路的輸出端連接，其輸出端與采樣電路的輸入端、異步電機的輸入端連接；所說的控制電路的輸入端與采樣電路的輸出端連接，輸入采樣信號，并將得到的PWM控制信號輸送給變頻器主電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于移相式SVPWM調(diào)制方法的級聯(lián)多電平變頻調(diào)速裝 置，其特征在于所說的變頻器主電路由3N個功率單元組成，每個功率單元均是一個單相輸 出的AC/DC/AC變頻器，相鄰的N個功率單元的輸出端級聯(lián)組成一相，三相以星形結(jié)構(gòu)連接； 所說的每個功率單元的輸入端分別連接控制電路輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于移相式SVPWM調(diào)制方法的級聯(lián)多電平變頻調(diào)速裝 置，其特征在于所說的控制電路包括DSP主控板和FPGA板，其中所說的DSP主控板的輸出 端與FPGA板的輸入端連接，采用DSP與FPGA聯(lián)合控制，DSP采用TI公司的TMS320LF2812 芯片，F(xiàn)PGA采用Altera公司的Cyclone芯片。
專利摘要一種基于移相式SVPWM調(diào)制方法的級聯(lián)多電平變頻調(diào)速裝置，它由變頻器主電路、控制電路和采樣電路構(gòu)成；其優(yōu)越性為①提高了變頻器輸出電壓的電能質(zhì)量，提高了電動機的響應(yīng)速度和精度；②輸出電壓效率較高；③電壓利用率較高。
文檔編號H02P27/04GK201563101SQ200920250020
公開日2010年8月25日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者劉欣, 周宣征, 周雪松, 張海濤, 朱毅然, 谷海青, 馬幼捷, 齊鳴 申請人:天津理工大學(xué)