基于DSP的三电平SVPWM逆变器的研究
摘要
近年来在运动控制领域三电平中压变频器的开发研究得到了广泛关注,三电平逆变器使得电压型逆变器的大容量化、高性能化成为可能,研究和开发三电平逆变器,无论在技术上还是在实际应用上都有十分重要的意义。
本论文首先论述了三电平逆变器的原理,详细分析了一种控制策略—空间电压矢量法,给出PWM波的计算公式和开关动作次序,并仿真出波形。
其次阐述了三电平逆变器的主电路构成、功率器件MOSFET的驱动技术和基于DSP2407A控制系统硬件电路设计,并据此设计出了一套小容量三电平逆变器实验装置。
最后介绍了三电平空间电压矢量控制算法的实现和软件设计,给出了实验装置的运行结果,并分析了设计中存在的问题。
Recently, the research and design of three-level medium voltage frequency inverter has widely become the hotspot in the area of motion control. Three-level inverter makes a high-performance voltage-source-inverter possible. Therefore, it is very important to study and design the three-level inverter both in the theory and in the practical application.
In this paper, the principle of three-level inverter is introduced, and the three-level space voltage vector control method is analyzed in detail. The formulas about PWM pulse and the order of switches action are also presented, then give the simulated results.
Secondly, the main-circuit of three-level inverter, the drive technology about MOSFET and the control circuits based on DSP2407A are designed. A set of low power three-level inverter is accomplished for the experiments.
Finally, software design and how to realize the three-level space voltage vector control method are described. The problem during the design and the experimental results of this equipment are analyzed.
本论文首先论述了三电平逆变器的原理,详细分析了一种控制策略—空间电压矢量法,给出PWM波的计算公式和开关动作次序,并仿真出波形。
其次阐述了三电平逆变器的主电路构成、功率器件MOSFET的驱动技术和基于DSP2407A控制系统硬件电路设计,并据此设计出了一套小容量三电平逆变器实验装置。
最后介绍了三电平空间电压矢量控制算法的实现和软件设计,给出了实验装置的运行结果,并分析了设计中存在的问题。
Recently, the research and design of three-level medium voltage frequency inverter has widely become the hotspot in the area of motion control. Three-level inverter makes a high-performance voltage-source-inverter possible. Therefore, it is very important to study and design the three-level inverter both in the theory and in the practical application.
In this paper, the principle of three-level inverter is introduced, and the three-level space voltage vector control method is analyzed in detail. The formulas about PWM pulse and the order of switches action are also presented, then give the simulated results.
Secondly, the main-circuit of three-level inverter, the drive technology about MOSFET and the control circuits based on DSP2407A are designed. A set of low power three-level inverter is accomplished for the experiments.
Finally, software design and how to realize the three-level space voltage vector control method are described. The problem during the design and the experimental results of this equipment are analyzed.
引文
[1]马小亮。大功率交-交变频调速及矢量控制技术。北京,机械工业出版社,1998
[2]韩安荣。通用变频器及其应用。北京:机械工业出版社,2002
[3]黄俊,王兆安。电力电子变流技术。北京,机械工业出版社,1997
[4]赵良炳。开关电力电子技术基础。北京,清华大学出版社,1995.5
[5]JiSheng Lai,Fang Zheng Peng.Multilevel converter-a new bread of power converter.IEEE,Trans,on Industrial Applications,1996,32(5):509-514
[6]陈伯时。电力拖动自动控制系统。北京,机械工业出版社,1997.5:176-216
[7]谭永辉。基于DSP的三电平SVPWM逆变器的研究。湖南大学硕士论文。长沙,湖南大学(2004):7-23
[8]刘凤君。正弦波逆变器。科学出版社,2002.2
[9]叶爱芹。通用变频装置的研究与实现。合肥工业大学硕士学位论文。合肥,合肥工业大学(2005):10-15
[10]李耀华。基于IGCT的中压大容量三电平NPC逆变器PWM技术和缓冲电路的研究。中国科学院研究生院博士学位论文。北京,中科院电工研究所(2005):1-51
[11]张占松。开关电源原理与使用。北京,电子工业出版社,2006.1
[12]Y.Yao,P.Buestamante,R.S.Ranshaw.Improvement Of Induction Motor Drive System Supplied By Photovoltaic Arrays With Frequency Control.IEEE Transactions on Energy Conversion,Vol.9.No.2,June 1994
[13]Josegh R.Pottebaum.Optimal Characteristics of a Variable-frequency Centrifugal Pump Motor Drive,IEEE Transactions On Industry Applications.Vol.IA-23,No.1,Jan/Feb 1984
[14]黄文新,胡育文,李磊。一种新颖的空间电压矢量调制逆变器的死区补偿方法。南京,南京航空航天大学学报(2002),第4期
[15]李发海,陈汤铭,郑逢时等主编。电机学。北京,科学出版社,1999
[16]李华德主编。交流调速控制系统。北京,电子工业出版社,2003
[17]张崇巍,张兴主编。PWM整流器及其控制。北京,机械工业出版社,2003
[18]姚文熙,吕征宇,费万民。基于PWM分解的三电平逆变器SVPWM的DSP实现方法。电力系统自动化。28,14(2004):50-53
[19]聂卫民。三电平逆变器的PWM控制策略研究。湖南大学硕士学位论文。长沙,湖南大学(2004):22-32
[20]T.A.Meynard et al.Modeling of Multilevel Converters.IEEE Trans.On industrial Electronics,Vol.44,No.3,1997:356-364
[21]张杰,邹云屏,张贤。基于TMS320F240的三电平逆变器SVPWM实现。通信电 源技术。2(2003):2003:10-14
[22]余明锋,刘志刚,沈茂盛。基于三电平逆变器永磁同步电机矢量控制研究。电气传动。35,6(2005):7-10
[23]段先波。三电平高压变频器及其相关问题的研究。华中科技大学硕士论文。武汉,华中科技大学(2004):32-50
[24]吴学智,刘亚东,黄立培。三电平电压型逆变器空间矢量调制算法的研究。电工电能新技术。21,4(2002):16-19
[25]唐飞,郑蕾,伍小杰。三电平空间矢量脉宽调制逆变器控制研究。江苏电机工程。22,5(2003):4-6
[26]李先祥,肖红军,黄道平。三电平矢量控制的永磁同步伺服电动机调速系统。电工技术学报。19,4(2004):28-31
[27]张立,赵永健。现代电力电子技术—器件、电路及应用。北京,科学出版社
[28]Kenneth Dierberger.GATE DRIVE DESIGN FOR LARGE DIE MOSFETS.Advanced Power Technology Inc.
[29]王志良。电力电子新器件及其应用技术。北京,国防工业出版社,1995:72
[30]鲁莉容,李晓帆,蒋平。功率MOSFET高速驱动电路的研究。电力电子技术,35,6(2001.12)
[31]曲学基等。新编高频开关电源。北京,电子工业出版社,2005
[32]Microchip Technology公司。大功率开关电源中功率MOSFET的驱动技术。技术和市场
[33]Abid Hussain.Driving Power MOSFETs in High-Current,Switch Mode Regulators.Microchip Technology,Inc.AN786
[34]刘和平,严利平等。TMS320LF240X DSP结构、原理及应用。北京,航空航天大学出版社,2002.3
[35]忠彦儒,严桂秋,宁耀斌,曾光。通用型VVVF变频器的保护功能设计。电气传动,1993.5
[36]张燕宾编著。SPWM变频调速应用技术。机械工业出版社
[37]刘胜利编著。现代高频开关电源实用技术。北京,电子工业出版社,2001
[2]韩安荣。通用变频器及其应用。北京:机械工业出版社,2002
[3]黄俊,王兆安。电力电子变流技术。北京,机械工业出版社,1997
[4]赵良炳。开关电力电子技术基础。北京,清华大学出版社,1995.5
[5]JiSheng Lai,Fang Zheng Peng.Multilevel converter-a new bread of power converter.IEEE,Trans,on Industrial Applications,1996,32(5):509-514
[6]陈伯时。电力拖动自动控制系统。北京,机械工业出版社,1997.5:176-216
[7]谭永辉。基于DSP的三电平SVPWM逆变器的研究。湖南大学硕士论文。长沙,湖南大学(2004):7-23
[8]刘凤君。正弦波逆变器。科学出版社,2002.2
[9]叶爱芹。通用变频装置的研究与实现。合肥工业大学硕士学位论文。合肥,合肥工业大学(2005):10-15
[10]李耀华。基于IGCT的中压大容量三电平NPC逆变器PWM技术和缓冲电路的研究。中国科学院研究生院博士学位论文。北京,中科院电工研究所(2005):1-51
[11]张占松。开关电源原理与使用。北京,电子工业出版社,2006.1
[12]Y.Yao,P.Buestamante,R.S.Ranshaw.Improvement Of Induction Motor Drive System Supplied By Photovoltaic Arrays With Frequency Control.IEEE Transactions on Energy Conversion,Vol.9.No.2,June 1994
[13]Josegh R.Pottebaum.Optimal Characteristics of a Variable-frequency Centrifugal Pump Motor Drive,IEEE Transactions On Industry Applications.Vol.IA-23,No.1,Jan/Feb 1984
[14]黄文新,胡育文,李磊。一种新颖的空间电压矢量调制逆变器的死区补偿方法。南京,南京航空航天大学学报(2002),第4期
[15]李发海,陈汤铭,郑逢时等主编。电机学。北京,科学出版社,1999
[16]李华德主编。交流调速控制系统。北京,电子工业出版社,2003
[17]张崇巍,张兴主编。PWM整流器及其控制。北京,机械工业出版社,2003
[18]姚文熙,吕征宇,费万民。基于PWM分解的三电平逆变器SVPWM的DSP实现方法。电力系统自动化。28,14(2004):50-53
[19]聂卫民。三电平逆变器的PWM控制策略研究。湖南大学硕士学位论文。长沙,湖南大学(2004):22-32
[20]T.A.Meynard et al.Modeling of Multilevel Converters.IEEE Trans.On industrial Electronics,Vol.44,No.3,1997:356-364
[21]张杰,邹云屏,张贤。基于TMS320F240的三电平逆变器SVPWM实现。通信电 源技术。2(2003):2003:10-14
[22]余明锋,刘志刚,沈茂盛。基于三电平逆变器永磁同步电机矢量控制研究。电气传动。35,6(2005):7-10
[23]段先波。三电平高压变频器及其相关问题的研究。华中科技大学硕士论文。武汉,华中科技大学(2004):32-50
[24]吴学智,刘亚东,黄立培。三电平电压型逆变器空间矢量调制算法的研究。电工电能新技术。21,4(2002):16-19
[25]唐飞,郑蕾,伍小杰。三电平空间矢量脉宽调制逆变器控制研究。江苏电机工程。22,5(2003):4-6
[26]李先祥,肖红军,黄道平。三电平矢量控制的永磁同步伺服电动机调速系统。电工技术学报。19,4(2004):28-31
[27]张立,赵永健。现代电力电子技术—器件、电路及应用。北京,科学出版社
[28]Kenneth Dierberger.GATE DRIVE DESIGN FOR LARGE DIE MOSFETS.Advanced Power Technology Inc.
[29]王志良。电力电子新器件及其应用技术。北京,国防工业出版社,1995:72
[30]鲁莉容,李晓帆,蒋平。功率MOSFET高速驱动电路的研究。电力电子技术,35,6(2001.12)
[31]曲学基等。新编高频开关电源。北京,电子工业出版社,2005
[32]Microchip Technology公司。大功率开关电源中功率MOSFET的驱动技术。技术和市场
[33]Abid Hussain.Driving Power MOSFETs in High-Current,Switch Mode Regulators.Microchip Technology,Inc.AN786
[34]刘和平,严利平等。TMS320LF240X DSP结构、原理及应用。北京,航空航天大学出版社,2002.3
[35]忠彦儒,严桂秋,宁耀斌,曾光。通用型VVVF变频器的保护功能设计。电气传动,1993.5
[36]张燕宾编著。SPWM变频调速应用技术。机械工业出版社
[37]刘胜利编著。现代高频开关电源实用技术。北京,电子工业出版社,2001