基于DSP组合式三相逆变电源单极倍频SPWM研究.docx

1、基于DSP组合式三相逆变电源单极倍频SPWM研究基于DSP组合式三相逆变电源单极倍频SPWM研究 第卷第期电力电子技术 ， 年月 基于组合式三相逆变电源单极倍频研究 易小强，裴雪军，侯 婷，康 勇 （华中科技大学，湖北武汉） 摘要：针对大功率逆变电源，提出了组合式三相逆变电路结构加单极倍频正弦脉宽调制技术；介绍了利用数字处理器该方案实用可行，试验波形良好，谐波畸变。实现单极倍频的具体方法。试验结果证明， 关键词：逆变电源；脉宽调制；数字控制中图分类号： 文献标识码： 文章编号：（） ， （，） ：，（）， ：； 引言 在逆变电源的研究中，全数字化处理与控制已 占主导地位。在主电路的选择上，三相

2、桥式电路的应用广泛，但在大功率逆变电源中，主电路功率器件上的电流比较大，可达数百安培，甚至上千安培。对此，由于组合式三相逆变电路的结构特点，使其较适合用于大功率逆变电源。目前，对于脉宽调制技术的研究而言，但无论是采用模技术的应用广泛，拟电路，还是采用数字化电路，要实现这种调制方法都比较复杂。相对于空间矢量调制方法，单极倍频 且非常实用，针对组合式三的实现比较简单， 相逆变电路采用单极倍频方法，其效果也比较好。因此，介绍了在组合式三相逆变电源中利用芯片实现单极倍频的方法，并在样机上调试，得出试验波形。理论和实际应用表明，在组合式三相逆变电路中采用单极倍频正弦脉宽调制技术，方法简单，且容易实现数字

3、控制。此外，逆变器的输出波形也比较好。 器组成，每个单相变压器的次级有中点相连，因而可用于大电流的船载电源及需要大功率的等情况下。 图组合式三相逆变电源主电路 单极倍频正弦脉宽调制原理 以单相全桥为例，图示出单相全桥逆变电路。图示出单极倍频正弦脉宽调制驱动信号的形成电路。单极倍频正弦脉宽调制与单极图单相全桥逆变电路控制是完全一样的，只是三角波为双极性三角波。图示出单极倍频电压波形。 在图中，比较器的输当瞬时值时， 入端为正；当有驱动信号时，为负，比较器的输入端截止。当瞬时值时，为负；当截止时，为正，有驱动信号 比较器的输出端。当瞬时值时， 为正；有驱动信号时，为负，截止。当时，比较器的输出端为

4、负；当截 组合式三相逆变器主电路 图示出由个单相全桥逆变电路组合而成的 一个三相逆变电源主电路，称其为组合式三相逆变电路。该电路的拓扑结构简单，适合用于大电流应用场合。由于它特殊的电路结构，即输出端由个单相变压 定稿日期： 易小强（），男，江西吉安人，硕士研究生。作者简介： 研究方向为电力电子与电力传动。 第卷第期电力电子技术 ， 年月 止时，为正，有驱动信号。 当的值大于考正弦波）比较得出输出， 对应的输出高电平，否则输出的值时， 低电平。然后通过改变的值就能得到不同的信号去驱动开关管。 在软件构造中，程序先将采样得到的三相电压经过坐标转换到，轴下，再在，轴下进行诸如重复控制、控制等一系列控

5、制后，经坐标变换到三相，这时得出的三相电压值就是用来控制根据组合式逆变电路信号的。现以相为例， 的特点，对应相桥的正弦参考波值放到和中，设最后得出的相控制电压为，程序实现为：若，相当于（）（为调制比）；，相当于（）。与相当于取反向的参考正弦波。其中，用，到了是因为计数器是从零到计数，在单极倍频中，相当于三角载波是关于对称的，但是正弦波是关于轴对称的，故加上是用来抬高正弦波，使比较能正常完成，图示出程序原理图。单极倍频波形的计算和输出是在定时器下溢中断中完成的。图示出以相为例的中断子程序流程图。 正半周只有正脉冲电压，负半周只有负脉冲电压，故它是单极性控制，但是又因其三角波为双极性，在载波比相同

6、时，其输出电压中的脉波数大约比单极调制时多了一倍，也即用同样的开关频率，单极倍频调制可把输出电压中的脉波数提高一倍，这对减少开关损耗和改善输出电压波形质量都是有益的。尤其在大功率的逆变电源中，开关损耗比较大，因此在设计中需重点考虑。这种情况下采用单极倍频调制对于减少开关损耗效果更加明显。 图单极倍频电压波形 单极倍频在上的实现 芯片是控制器系列的新成员，对电机数字化控制非常有用。几种先进的外设被集成到该芯片内，以形成真正的单芯片控制器。芯片带有双事件管理器，高性能 提供多达路的模拟输入。位模数转换器， 在上实现单极倍频的输出途径有：通过芯片内部的事件管理器模块生成信号；用软件构造信号。这里采用

7、软件构造法。有两个事件管理器（，也即共有个比较单元（，）： ，利用，：） 这个比较单元可生成路波形。这里采用计数器连续增减模式，计数器从零开始连续增计数到 相当于三角载的值，再从连续减至零（ 波）。在此期间，与比较寄存器的值（相当于参 图单极倍频程序原理图 图中载波，每个载波的时间为参考波 图单极倍频中断子程序流程图 基于组合式三相逆变电源单极倍频研究 试验控制系统 对于三相组合式逆变电路，该试验选择了三相统一控制。统一控制将，三相系统等效为，旋转坐标系，在，易旋转坐标系下控制变量只有两个，于实现数字化控制，程序中要求的存储空间小，速度快。理论上可实现无静差调节；控制上可省去一个均值环，控制系

8、统简单。其次，在，坐标系下， 可方便地实现有功和无功的瞬时值控制。， 控制方法采用瞬时值反馈控制加重复控制。为了改善逆变器输出电压波形的质量，必须引入输出电压瞬时值闭环控制技术，在各种控制方案中，重复控制技术具有明显的优点。对于重复控制，和提出的内模原理起了重要作用。内模原理指出，若产生信号的发生器包含在一个稳定的闭环系统中，被控量的输出能无误差地跟踪参考信号。重复控制器就像一个信号发生器那样，持续提供与实际外部信号相一致的输出信号，以供控制器其它部分作为选择合适的输出控制量时参考。 重复控制充分利用了重复性这一系统扰动的唯一已知特性，控制简单，稳态时可得到很好的波形质 量，而且只需 检测输出

9、电压。图示出一个重复控制器的结构框图。 完全抵消扰动的作用，以达到无静差。恒定的量， 一个稳定的反馈控制系统，如果前向通道包含有积分环节，则该系统对于阶跃型指令可作到无静差跟踪，同时可完全抵消掉所有作用于积分环节之后的阶跃型扰动对稳态输出的影响。 传统的调节器不仅原理简单，而且非常实用。调节器能快速抑制瞬时扰动；调节器能抵消持续扰动。在此，瞬时值控制器选用了 图示调节器。出其结构框图。 图调节器加重复控制框图 试验结果 针对上述调制与控制方法，在样机功率为的逆变电源上进行了试验。逆变电源的功率 开关管采用，开关频率设为，额定电压为，带阻性负载。图示出相桥和相桥的驱动电压和试验波形。可见，波形是

10、驱动的；波形是驱动的。图，示出经过分压后带载或空载时相电压和相电流的试验波形。可见，输出电压约为，接近额定电压值。图，示出突加负载或突减负载时相电压和相电流的试验波形。可见，在突变负载的情况下，波形仍然比较好，没有较大的振荡，而且对逆变器的冲击也小。图示出谐波分析图。可见，谐波很小，。 可控 制延迟一个周期起作用。设 置可以等效实现超前环节；用于改进内模；（） 可提供幅值补偿和相位补偿，以保证重复控制系（） 统的稳定性。但是，重复控制的动态响应欠佳，所以可采用瞬时值反馈控制加重复控制的混合式控制方案予以解决。 检测到误差即扰动信号，立即响应产调节器， 生相反的作用，以抵消误差，消除扰动影响，对

11、瞬态扰动，但对持续存在的稳能起到很好的抑制作用。态扰动，一旦的调节作用使得系统达到无差，的作用消失，扰动又重新起作用，则再次响应去抑制误差，如此反复。因此，调节器的响应虽然比较快，但无法达到静态无差，一直处于动态调节过程。若某时刻系统因扰动作用（而使输调节器，）出变化了，反馈控制系统检测到扰动作用，则调节器以一定的步长累积，直至稳态时，作用产生了 图试验结果 图重复控制器的结构框图图中误差 一个正弦周期中的采样拍数 周期延迟环节滤波器（）重复控制环路补偿器（）重复控制器在下一周期输出（） 的控制量 由试验波形可见，该试验采用的（下转） 型欧姆接触高温可靠性的研究进展 化学反应，所以接触热稳定性达不到应用的要求。 加保护层 在欧姆接触