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四開關三相逆變器的正弦波脈寬調制方法

文檔序號:7440878閱讀:464來源:國知局
專利名稱:四開關三相逆變器的正弦波脈寬調制方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種四開關三相逆變器的正弦波脈寬調制方法,屬于逆變器的脈寬調
制領域。
背景技術
1964年德國學者A. Scho皿ng和H. stemmler首次提出把P麗技術應用于交流傳動 中,為交流傳動的推廣應用開辟了新的局面。P麗控制技術以其控制簡單、靈活和動態(tài)響應 好等優(yōu)點成為了電力電子技術中最廣泛應用的控制方式。 脈寬調制技術一般通過三角載波與調制函數(shù)波進行比較,得到脈沖寬度隨調制函 數(shù)值變化的脈沖序列。對于三相交流負載,通常采用三相全橋式六開關逆變器拓撲,如圖1 所示,配以三相對稱的SP麗調制即可實現(xiàn)逆變器的三相正弦基波電壓輸出。為了提高母線 電壓利用率,出現(xiàn)了注入三次諧波SP麗調制和SVP麗調制等策略,如今SVP麗調制已成為 六開關三相逆變器最主要的控制方式。六開關三相逆變器采用6個功率開關管和6個反并 聯(lián)功率二極管組成全橋拓撲,當其某一橋臂上功率管發(fā)生故障時,要采取一定措施構建四 開關逆變器拓撲,同時在低成本應用場合,四開關逆變器因節(jié)省2個功率開關管和2個功率 二極管而得到重視。 中國專利《一 種三相逆變拓撲電路》,公開號為CN101179231A,
公開日為 2008. 5. 14,公布了四開關三相逆變器的拓撲結構和其應用場合,拓撲由四個開關元件和兩 個直流電源組成,四個開關元件兩兩串聯(lián)構成兩條支路,兩直流電源串聯(lián)構成第三支路,這 三條支路相并聯(lián),從這三條支路的串聯(lián)中點引出輸出端,作為逆變器的交流輸出端。由于四 開關三相逆變器包含四個功率開關管,具有四組開關模型,能夠形成四個開關電壓矢量,電 壓矢量空間分布圖如圖3所示,其中,U。(00)、仏(01)、仏(10)、U3(11)分別表示在a、 |3坐 標系下兩橋臂的四個開關矢量,通過U。和Ue兩個分量形成旋轉矢量U。。由于四個開關矢 量長度不等,這使得四開關逆變器較六開關逆變器的控制自由度降低,控制難度加大。目前 對四開關三相逆變器仍然采用SVP麗調制思想進行控制,控制方法復雜,同時對實施電路 的硬、軟件要求較高,在低成本應用中受到了制約。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種四開關三相逆變器的正弦波脈寬調制方法,它解決了現(xiàn) 有四開關三相逆變器控制方法復雜的問題。 本發(fā)明基于正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、P麗調制器和隔離和驅動電路實現(xiàn),
將設定的調制正弦波參數(shù)輸入到正弦波發(fā)生器中,由正弦波發(fā)生器產生兩路相位 相差60°的正弦波調制函數(shù),并與三角波發(fā)生器產生的高頻三角載波信號在P麗調制器中 進行調制,生成四路P麗脈沖信號,所述P麗脈沖信號經過隔離和驅動電路后對所述四開關 三相逆變器中功率開關管的導通與閉合進行控制。
本發(fā)明的優(yōu)點是
本發(fā)明采用兩相SP麗等效實現(xiàn)四開關三相逆變器的SVP麗調制方法,實現(xiàn)了四開 關三相逆變器的簡化和高性能控制。它根據P麗調制的原理,采用簡單的SP麗調制來等效 四開關SVP麗調制,從而簡化算法,并且實現(xiàn)電路簡單,降低實現(xiàn)成本。


圖1為六開關三相逆變器拓撲結構圖;圖2為四開關三相逆變器拓撲結構圖;圖3 為已有的四開關三相逆變器SVP麗調制方法圖;圖4為本發(fā)明調制方法的信號走向示意圖5為P麗調制的規(guī)則采樣法原理圖,圖中曲線A為三角載波,曲線B為調制正弦波,T為 載波周期,Ton為導通時間;圖6為本發(fā)明方法輸出的P麗序列波形圖,圖中C為調制正弦 波,D為三角載波,E為P麗序列;圖7為本發(fā)明方法的DSP軟件實現(xiàn)程序流程;圖8為采用 DSP實現(xiàn)本發(fā)明P麗調制的輸出波形圖,圖中T1CNT為DSP中裝載到通用定時器Tl中的計 數(shù)寄存器的值,T1PR為DSP中裝載到通用定時器Tl中的周期寄存器的值。
具體實施例方式
具體實施方式
一 下面結合圖2和圖4說明本實施方式,本實施方式基于正弦波發(fā) 生器1、三角波發(fā)生器2、 P麗調制器3和隔離和驅動電路4實現(xiàn), 將設定的調制正弦波參數(shù)輸入到正弦波發(fā)生器1中,由正弦波發(fā)生器1產生兩路 相位相差60°的正弦波調制函數(shù),并與三角波發(fā)生器2產生的高頻三角載波信號在P麗調 制器3中進行調制,生成四路P麗脈沖信號,所述P麗脈沖信號經過隔離和驅動電路4后對 所述四開關三相逆變器中功率開關管的導通與閉合進行控制。 本實施方式中由正弦波發(fā)生器1產生的兩路正弦波調制函數(shù)的相位超前還是滯 后由設定的調制正弦波參數(shù)的方向信號決定,最后在所述四開關三相逆變器的a、b、c輸出 端得到高頻電壓脈沖序列,其基波為三相正弦對稱的電壓值。
具體實施方式
二 下面結合圖4圖8說明本實施方式,本實施方式與實施方式一 的不同之處在于所述設定的欲調制正弦波參數(shù)為幅值Um、角頻率"、初始相位e。和方向 dir,正弦波發(fā)生器1產生的兩路正弦波調制函數(shù)為 |'."rl《)《—rf"。)
其它組成及連接關系與實施方式一相同。
等效調制函數(shù)
根據P麗的規(guī)則采樣法,如圖5,可以求解出四開關三相SVP麗調制的等效調制函
數(shù),形式為
其中,Ubr(t)和U。r(t)為圖4中四開關三相逆變器的b、C兩相(即功率管橋臂構成
_ u
的兩相)的等效調制函數(shù),="^為調制比,u。為四開關三相逆變器輸出電壓矢量的幅
值,Vdc為直流母線電壓值;式中^m:L^,由此可以看出,四開關三相逆變器輸出的三相
4正弦對稱基波電壓幅值在直流母線電壓值一定的情況下由初始幅值給定Um決定,角頻率和 初始相位分別由"和e。決定,相序由方向給定dir決定,改變調制比m和角頻率"可以 分別控制逆變器輸出電壓的基波幅值和頻率,實現(xiàn)變壓變頻的目的。本發(fā)明方法中四開關 三相逆變器由四個IGBT功率管、四個功率二極管及兩個電容組成,四個IGBT和四個功率二 極管構成H橋拓撲提供兩相輸出,兩串聯(lián)電容與其并聯(lián)跨接在母線之間,兩個電容中點引 出作為第三相輸出。通過控制功率開關管的導通與閉合使逆變器輸出三相正弦基波電壓。
本發(fā)明方法的具體實現(xiàn)方案
—、 CPLD+D/A+比較器數(shù)?;旌蠈崿F(xiàn) CPLD用于產生本發(fā)明方法中的兩路正弦波和三角波數(shù)字量,經D/A轉換器轉換為 模擬量,再通過比較器調制出P麗脈沖序列,經硬件電路加入驅動信號死區(qū)后,控制四開關 逆變器功率管通斷。 二、單片機、DSP或FPGA數(shù)字實現(xiàn) 在單片機、DSP或FPGA中,正弦波發(fā)生器1、三角波發(fā)生器2和P麗調制器3的功 能均能采用編程方式通過軟件程序實現(xiàn)。 下面介紹采用TI公司的TMS320LF2407 DSP通過軟件方法實現(xiàn)四開關三相逆變器 P麗調制的過程。在LF2407 DSP中有兩個事件管理器EVA和EVB,每個EV模塊包括兩個通 用定時器、三個比較單元、一個可編程的死區(qū)發(fā)生單元和輸出邏輯控制單元,可以方便地產 生六路P麗脈沖信號。第一個通用定時器(EVA模塊)或第三個通用定時器(EVB模塊)可 用于產生鋸齒波或不對稱三角波,通過在比較單元中與比較寄存器值CMPR相比較,經死區(qū) 單元及輸出邏輯后,每路比較輸出可在兩個特定的器件引腳上產生一對具有可編程死區(qū)及 輸出極性的P麗輸出,當定時器設置為連續(xù)增/減計數(shù)模式時,將產生對稱P麗波形。
DSP實現(xiàn)四開關P麗調制的程序流程如圖7所示,P麗調制任務在定時器Tl周期 中斷服務程序完成。上電后,首先進行系統(tǒng)初始化,再在EVA初始化中對事件管理器進行設 置,具體為 A、設置MCRA(I/0復用控制寄存器),把DSP的引腳I0PA6、I0PA7、IOPBO、I0PB1配 置為基本功能方式PWM1到P麗4 ; B、設置ACTRA(比較方式控制寄存器),配置P麗l至lj P麗4的輸出有效電平;
C、設置DBTCONA(死區(qū)控制寄存器),使能死區(qū)并配置死區(qū)定時器的周期;
D、初始化CMPR1和CMPR2全比較寄存器; E、根據P麗的周期(載波周期)設置定時器的周期寄存器T1PR ;
F、設置COMNCONA比較寄存器,使能比較操作; G、設置T1C0N定時器1控制寄存器,使定時器1處于連續(xù)增/減計數(shù)模式,并啟動 計數(shù)。 在定時器T1周期中斷里,完成調制波查表、比較周期值計算等以調制出P麗波,具 體為根據給定查表求取兩路正弦調制波(相位相差6(T )對應的正弦值,根據調制波正 弦值算出每路P麗脈沖的占空比,用占空比乘以周期寄存器的值,從而計算出比較寄存器 的值,然后將其送到比較寄存器,這樣DSP硬件就根據配置好的寄存器值自動產生給定占 空比的P麗波。設置P麗輸出口為高有效時,DSP P麗口的輸出波形如圖8所示,T1定時器 值T1CNT為三角載波,CMPR1和CMPR2為該調制周期內比較寄存器設定值,死區(qū)大小通過死
5區(qū)控制寄存器DBTC0NA中計數(shù)器周期值設置,
權利要求
一種四開關三相逆變器的正弦波脈寬調制方法,它基于正弦波發(fā)生器(1)、三角波發(fā)生器(2)、PWM調制器(3)和隔離和驅動電路(4)實現(xiàn),其特征在于將設定的調制正弦波參數(shù)輸入到正弦波發(fā)生器(1)中,由正弦波發(fā)生器(1)產生兩路相位相差60°的正弦波調制函數(shù),并與三角波發(fā)生器(2)產生的高頻三角載波信號在PWM調制器(3)中進行調制,生成四路PWM脈沖信號,所述PWM脈沖信號經過隔離和驅動電路(4)后對所述四開關三相逆變器中功率開關管的導通與閉合進行控制。
2. 根據權利要求1所述的四開關三相逆變器的正弦波脈寬調制方法,其特征在于所 述設定的欲調制正弦波參數(shù)為幅值Um、角頻率"、初始相位9 0和方向dir,正弦波發(fā)生 器(1)產生的兩路正弦波調制函數(shù)為 <formula>formula see original document page 2</formula>
全文摘要
四開關三相逆變器的正弦波脈寬調制方法,屬于逆變器的脈寬調制領域。它解決了現(xiàn)有四開關三相逆變器控制方法復雜的問題。它基于正弦波發(fā)生器、三角波發(fā)生器、PWM調制器和隔離和驅動電路實現(xiàn),將設定的調制正弦波參數(shù)輸入到正弦波發(fā)生器中,由正弦波發(fā)生器產生兩路相位相差60°的正弦波調制函數(shù),并與三角波發(fā)生器產生的高頻三角載波信號在PWM調制器中進行調制,生成四路PWM脈沖信號,所述PWM脈沖信號經過隔離和驅動電路后對所述四開關三相逆變器中功率開關管的導通與閉合進行控制。本發(fā)明用于四開關三相逆變器中功率開關管的控制。
文檔編號H02M7/538GK101789709SQ20101030024
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月13日 優(yōu)先權日2010年1月13日
發(fā)明者吳鳳江, 孫力, 孫立志, 安群濤, 趙克 申請人:哈爾濱工業(yè)大學
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