一種基於移相式svpwm調製方法的級聯多電平變頻調速系統的製作方法
2023-08-22 09:48:26
專利名稱：一種基於移相式svpwm調製方法的級聯多電平變頻調速系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種變頻調速系統，特別是一種基於移相式SVP麗(空間矢量脈寬調 制；Space Vector Pulse Width Method)調製方法的級聯多電平變頻調速系統。
(二)
背景技術：
電能是當前人類文明發展的動力，也是當前衡量一個國家發展與人民生活的一個 重要指標。我國的電能生產與發展已經名列世界前茅，但仍不能滿足工業生產和人民生活 提高的需要，其中一個主要原因就是電能的浪費現象很嚴重，因此變頻調速電路以其優異 的節電性能越來越受到人們的重視。變頻調速是一種比較理想的調速方法，其調速性能優 良、效率高，是交流調速電路的主要發展方向。自20世紀90年代以來，多電平技術在高壓 大功率方面的應用越來越廣泛，而級聯多電平技術以其開關損耗小、諧波含量低、效率及功 率因數高等優點，得到了更加良好的發展前景。SVP麗技術將變頻器和交流電機視為一個整 體，把數學模型建立在電機統一理論和坐標變換理論基礎上，具有電壓利用率高、諧波特性 好等優點，在交流調速系統中得到廣泛應用，將SVP麗調製技術應用於級聯型變頻器，能大 大提高點擊的運行特性和工作效率。但是傳統的SVPWN調製方法中存在的電壓矢量選擇困 難和計算複雜的問題，傳統的載波移向P麗調製方法中存在的電壓利用率較低的缺點。
(三)
發明內容
本發明的目的在於提供一種基於移相式SVP麗調製方法的級聯多電平變頻調速
系統，它把三電平SVP麗調製和移相技術結合應用於級聯多電平變頻調速系統，能夠解決
現有技術的不足，是一種結構簡單、操作方便、運行速度精度高的變頻調速系統。 本發明的技術方案一種基於移相式SVP麗調製方法的級聯多電平變頻調速系
統，包括工頻電源、異步電機，其特徵在於它主要由變頻器主電路、控制電路和採樣電路構
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，其輸出端與採樣電路的輸入端、異步電機的輸入端連接；
所說的控制電路的輸入端與採樣電路的輸出端連接，輸入採樣信號，並將得到的P麗控制
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組成一相，三相以星形結構連接； 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，採用DSP與FPGA聯合控制，DSP採用TI公司的TMS320LF2812芯 片，FPGA採用Altera公司的Cyclone晶片。 上述所說的採樣電路由採集電壓信號的A/D轉換模塊、採集電流信號的A/D轉換 模塊和採集頻率信號的A/D轉換模塊構成，且A/D轉換模塊採用AD7684型號，其連接為常規連接。 —種上述基於移相式SVP麗調製方法的級聯多電平變頻調速系統的工作方法，其 特徵在於它包括以下步驟 (1)採樣電路在變頻器主電路輸出端檢測電壓、電流和頻率信號，並把這些信號送 入到以DSP為核心的控制電路中； (2) DSP主控板實現電壓前饋解耦型矢量控制，並計算出一個三電平變頻單元的矢 量，並輸出P麗信號； (3) FPGA板接收DSP主控板的P麗信號並對其移相，實現移相式SVP麗輸出，從而 控制功率開關器件的觸發角和關斷角，使各個功率單元輸出相位相差n/N、幅值完全相同 的電壓； (4)變頻調速系統主電路的各功率單元接收控制電路輸出的SVP麗信號進行動 作，各個功率單元輸出的電壓經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，從而實現變頻調速功能。 本發明的工作原理(l)由三電平變頻器擴展開去，對於N單元級聯變頻電路，每 個單元仍可看成一個三電平變頻器，故單元級聯電路可以採用基本的三電平SVP麗調製方 法。為得到多電平的輸出效果，借鑑移相式SP麗的調製思路，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。設空間矢量的採樣時 間為Ts，採用上述調製方法，N單元級聯變頻電路各單元矢量作用時間的差值為T乂N;(2)主 控板DSP矢量控制採用彙編語言編程，包括主程序和中斷子程序。主程序負責有關相關的 初始化；中斷子程序是程序的核心，包括電流採樣環節、轉速測試環節、坐標變換環節、轉子 磁鏈位置估算環節和PI調節環節等。P麗分配板FPGA晶片採用原理圖法和VHDL語言的混 合編程實現P麗脈衝的移相多路輸出；(3)DSP只負責一個三電平變頻單元的矢量計算，其 他(N-l)單元的矢量控制信號採用FPGA進行移相得出，並在其中加入死區時間(見圖4)。
本發明的優越性在於(1)利用高性能數位訊號處理晶片(DSP與FPGA)及級聯 多電平技術實現級聯多電平變頻調速電路，在很大程度上提高了變頻器輸出電壓的電能質 量，提高了電動機的響應速度和精度；(2)減少了輸出電壓的諧波含量和du/dt值，逆變器 的開關管工作在低壓低頻(或工頻)狀態，開關損耗及EMI較小，效率較高；(3)把三電平 SVP麗調製和移相技術結合應用於級聯多電平變頻調速系統，能夠解決基傳統的SVPWN調 制方法中存在的電壓矢量選擇困難和計算複雜的問題，還能解決傳統的載波移向P麗調製 方法中存在的電壓利用率較低的缺點。
圖1為本發明所涉一種基於移相式SVP麗調製方法的級聯多電平變頻調速系統的 系統結構框圖。 圖2為本發明所涉一種基於移相式SVP麗調製方法的級聯多電平變頻調速系統中 變頻器主電路的電路拓撲圖。 圖3為本發明所涉一種基於移相式SVP麗調製方法的級聯多電平變頻調速系統中 控制電路的結構框圖。 圖4為本發明所涉一種基於移相式SVP麗調製方法的級聯多電平變頻調速系統的DSP中斷服務子程序流程圖。 具體實施例方式
實施例一種基於移相式SVP麗調製方法的級聯多電平變頻調速系統(見圖1)， 包括工頻電源、異步電機，其特徵在於它主要由變頻器主電路、控制電路和採樣電路構成； 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，其輸出端與採樣電路的輸入端、異步電機的輸入端連接；所 說的控制電路的輸入端與採樣電路的輸出端連接，輸入採樣信號，並將得到的P麗控制信 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組成一相，三相以星形 結構連接；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，採用DSP與FPGA聯合控制，DSP採用TI公司的 TMS320LF2812晶片，FPGA採用Altera公司的Cyclone晶片。 上述所說的採樣電路由採集電壓信號的A/D轉換模塊、採集電流信號的A/D轉換 模塊和採集頻率信號的A/D轉換模塊構成，且A/D轉換模塊採用AD7684型號，其連接為常 規連接。 —種上述基於移相式SVP麗調製方法的級聯多電平變頻調速系統的工作方法，其 特徵在於它包括以下步驟 (1)採樣電路在變頻器主電路輸出端檢測電壓、電流和頻率信號，並把這些信號送 入到以DSP為核心的控制電路中； (2)DSP主控板實現電壓前饋解耦型矢量控制，並計算出一個三電平變頻單元的矢 量，並輸出P麗信號； (3) FPGA板接收DSP主控板的P麗信號並對其移相，實現移相式SVP麗輸出，從而 控制功率開關器件的觸發角和關斷角，使各個功率單元輸出相位相差n /N、幅值完全相同 的電壓； (4)變頻調速系統主電路的各功率單元接收控制電路輸出的SVP麗信號進行動 作，各個功率單元輸出的電壓經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，從而實現變頻調速功能。
權利要求
一種基於移相式SVPWM調製方法的級聯多電平變頻調速系統，包括工頻電源、異步電機，其特徵在於它主要由變頻器主電路、控制電路和採樣電路構成；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，其輸出端與採樣電路的輸入端、異步電機的輸入端連接；所說的控制電路的輸入端與採樣電路的輸出端連接，輸入採樣信號，並將得到的PWM控制信號輸送給變頻器主電路。
2. 根據權利要求1中所述一種基於移相式SVP麗調製方法的級聯多電平變頻調速系 統，其特徵在於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組成一相，三相以星形結構連接； 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. 根據權利要求1中所述一種基於移相式SVP麗調製方法的級聯多電平變頻調速系 統，其特徵在於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，採用DSP與FPGA聯合控制，DSP採用TI公司的TMS320LF2812 晶片，FPGA採用Altera公司的Cyclone晶片。
4. 一種上述基於移相式SVP麗調製方法的級聯多電平變頻調速系統的工作方法，其特 徵在於它包括以下步驟(1) 採樣電路在變頻器主電路輸出端檢測電壓、電流和頻率信號，並把這些信號送入到 以DSP為核心的控制電路中；(2) DSP主控板實現電壓前饋解耦型矢量控制，並計算出一個三電平變頻單元的矢量， 並輸出P麗信號；(3) FPGA板接收DSP主控板的P麗信號並對其移相，實現移相式SVP麗輸出，從而控制 功率開關器件的觸發角和關斷角，使各個功率單元輸出相位相差n/N、幅值完全相同的電 壓；(4) 變頻調速系統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，從而實現變頻調速功能。
全文摘要
一種基於移相式SVPWM調製方法的級聯多電平變頻調速系統，它由變頻器主電路、控制電路和採樣電路構成；其工作方法為①檢測信號；②電壓前饋解耦型矢量控制，輸出PWM信號；③移相式SVPWM輸出；④各個功率單元輸出的電壓經過疊加形成不同頻率和幅值的正弦電壓，輸出給電動機，實現變頻調速功能；其優越性為①提高了變頻器輸出電壓的電能質量，提高了電動機的響應速度和精度；②輸出電壓效率較高；③電壓利用率較高。
文檔編號H02P21/00GK101699765SQ20091022807
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月9日 優先權日2009年11月9日
發明者劉欣, 周宣徵, 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