基于DSP控制的三電平變頻器的研究

作者：時間：2008-09-10 來源：網(wǎng)絡(luò)

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本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/258042.htm
　　通過控制開關(guān)管Ｖｉ１、Ｖｉ２、Ｖｉ３、Ｖｉ４（其中ｉ＝ａ、ｂ、ｃ）的開通和關(guān)斷可以在該ｉ橋臂輸出三種不同的電平，即Ｕｄｃ／２、０、－?。眨洌悖?。當一個橋臂上Ｖｉ１、Ｖｉ２　兩管導通，Ｖｉ３、Ｖｉ４兩管關(guān)斷時，開關(guān)狀態(tài)Ｓｉ為１，橋臂輸出電壓為Ｕｄｃ／２；Ｖｉ２、Ｖｉ３兩管導通，Ｖｉ１、Ｖｉ４兩管關(guān)斷時，開關(guān)狀態(tài)Ｓｉ為０，橋臂輸出電壓為０；Ｖｉ３、Ｖｉ４兩管導通，Ｖｉ１、Ｖｉ２兩管關(guān)斷時，開關(guān)狀態(tài)Ｓｉ為－１，橋臂輸出電壓為－?。眨洌悖?，每相的開關(guān)狀態(tài)有３種即１、０、－１。因此三相三電平逆變器有２７　種開關(guān)狀態(tài)，其中有效的有１９種，稱為基本電壓空間矢量。按照空間矢量幅值大小可分把基本電壓空間矢量為四類：零電壓空間矢量（零矢量）ｖ０；小電壓空間矢量（小矢量）ｖ１、ｖ４　、ｖ７、ｖ１０、ｖ１３、ｖ１６；中電壓空間矢量（中矢量）ｖ３、ｖ６、ｖ９、ｖ１２、ｖ１５、ｖ１８；大電壓空間矢量（大矢量）ｖ２、ｖ５、ｖ８、ｖ１１、ｖ１４、ｖ１７。其中零電壓空間矢量對應(yīng)三個開關(guān)狀態(tài)（１?。薄。保?、（０?。啊。埃?、（－１　－１?。保?，每個小電壓空間矢量都有兩種開關(guān)狀態(tài)，電壓空間矢量圖如圖４所示。

　?。玻病『悖眨?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/控制">控制原理

　　在進行電機調(diào)速時，要獲得良好的性能指標，須保持磁通量椎ｍ額定不變。如果磁通太弱就沒有充分利用電機的鐵芯，是一種浪費；如果過分增大磁通，又會使鐵芯飽和，過大的勵磁電流使繞組過熱而損壞電機。

　　三相異步電動機的每相電動勢的有效值為

　　要保持磁通量額定不變，變頻調(diào)速中須維持Ｅ／ｆ＝　常數(shù)。但是，電機定子氣隙電勢難以直接測量、控制。

　　因此，變頻器要維持恒磁通，只要使Ｕ與ｆ成比例改變即可。該控制方式簡稱恒Ｕ／ｆ控制。

　　３　控制策略

　?。常薄∠到y(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)

　　普通變頻器一般采用速度開環(huán)變壓變頻控制，如圖５所示。

　　該系統(tǒng)采用電壓空間矢量調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)變壓變頻控制，可以由開環(huán)給定一個頻率值或者由系統(tǒng)中的某一參數(shù)和其反饋值經(jīng)過ＰＩ　調(diào)節(jié)得到系統(tǒng)的輸出頻率，通過Ｕ／ｆ曲線得到一個電壓值，再由ＳＶＰＷＭ波形發(fā)生器產(chǎn)生ＳＶＰＷＭ觸發(fā)脈沖，這樣就可以通過改變功率器件ＩＧＢＴ　的占空比實現(xiàn)對輸出電壓的控制，通過控制逆變橋的工作周期來控制輸出頻率。在整個控制系統(tǒng)中，主要包括頻率斜坡函數(shù)發(fā)生器、Ｕ／ｆ函數(shù)發(fā)生器、電流限制調(diào)節(jié)器、電壓限制調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)差補償、低頻阻抗壓降補償、ＰＩ　調(diào)節(jié)等控制環(huán)節(jié)。圖５中的控制部分主要由數(shù)字化來實現(xiàn)，其控制核心由數(shù)字化信號處理器（ＤＳＰ）完成。其時鐘頻率為４０　ＭＨｚ。

　?。常病。模樱械倪x型

　?。模樱惺且环N特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器，其內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的ＤＳＰ指令，可以用來快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。

　　為了滿足三電平逆變器的控制要求和ＳＶＰＷＭ控制算法運算量大及實時電壓、電流檢測、分析和計算的特點，結(jié)合本系統(tǒng)需要較強的數(shù)字信號處理能力和ＤＳＰ應(yīng)用普及程度，ＤＳＰ選用ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ。

　　３．３　系統(tǒng)的軟件設(shè)計

　　為了獲得良好的運行效果，合理地編制控制軟件是十分重要的。在軟件設(shè)計時，為了調(diào)試方便，系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，即每一模塊完成一定的功能。程序由主程序、ＡＤＣ中斷服務(wù)子程序、功率驅(qū)動保護（ＰＤＰＩＮＴ）中斷服務(wù)子程序和ＰＷＭ　中斷服務(wù)子程序組成，其流程圖如圖６和７所示。