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基于DSP正弦波調(diào)制的三電平變換器
摘要：首先介紹了三電平PWM變換器的特點(diǎn)，比較了空間矢量控制方法、SHEPWM方法和SPWM方法的優(yōu)缺點(diǎn)。詳細(xì)地介紹了三電平中SPWM控制的原理，并討論了用DSPLF2407A來(lái)實(shí)現(xiàn)SPWM的方法。最后通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了SPWM控制方法的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)證實(shí)了用DSP實(shí)現(xiàn)三電平SPWM的方便性。關(guān)鍵詞：三電平變換器；正弦脈沖寬度調(diào)制；數(shù)字處理器
1 概述
二極管中點(diǎn)鉗位型的三電平逆變器[1]的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。由于二極管的鉗位，這種變換器每個(gè)功率開(kāi)關(guān)管承受的最大電壓為直流側(cè)電壓的1/2，從而實(shí)現(xiàn)了用中低壓器件完成中高容量的變換。另外，由于相電壓有三種電平狀態(tài)，比傳統(tǒng)的二電平逆變器多了一個(gè)電平，其諧波水平明顯低于二電平變換器，輸出相同質(zhì)量電流波形的時(shí)候，開(kāi)關(guān)頻率可以降低到兩電平的1/4。最后，由于采用了不對(duì)稱的雙向開(kāi)關(guān)，能量可以雙向流動(dòng)，可以很好地控制功率因數(shù)和實(shí)現(xiàn)電機(jī)四象限運(yùn)行。然而，由于這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用了12個(gè)功率管，其控制方法也隨之復(fù)雜。另外，直流側(cè)中點(diǎn)電位的不平衡也是制約該拓?fù)涞囊粋�(gè)重要因素。
圖1
三電平變換器的控制方法主要有正弦波調(diào)制PWM(SPWM)，選擇性的消諧PWM(SHEPWM)，空間矢量PWM(SVPWM)。
三電平空間矢量控制PWM方法和兩電平空間矢量的控制方法一樣，也是一種建立在空間電壓矢量合成概念上的PWM方法。三電平空間矢量方法的優(yōu)點(diǎn)主要是電壓利用率高，對(duì)于二極管中點(diǎn)鉗位的變換電路可以利用冗余的電壓矢量（一般都是小矢量）來(lái)實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電容電壓的平衡；其缺點(diǎn)就是數(shù)字實(shí)現(xiàn)的時(shí)候計(jì)算量非常大,尤其是當(dāng)電平數(shù)大于3的時(shí)候更加復(fù)雜。
選擇性的消諧PWM方法，通過(guò)開(kāi)關(guān)時(shí)刻的優(yōu)化選擇，可以在較低的開(kāi)關(guān)頻率下，產(chǎn)生最優(yōu)的輸出電壓波形，從而減小了電流紋波和電動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在輸出同樣質(zhì)量波形的時(shí)候，它較其它的方法，開(kāi)關(guān)次數(shù)最少，效率最高。因此，在高壓大功率的設(shè)備上多采用SHEPWM的控制方法。但是，這種方法的一個(gè)難點(diǎn)就是在計(jì)算開(kāi)關(guān)角的時(shí)候，要解超越方程，現(xiàn)在通用的牛頓迭代法中，確定開(kāi)關(guān)角的初值難以選擇，計(jì)算比較困難。
而正弦波調(diào)制的方法的優(yōu)點(diǎn)主要以下幾點(diǎn)：
1）SPWM實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較方便，可以模擬實(shí)現(xiàn)也可以用數(shù)字來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且用數(shù)字來(lái)實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，計(jì)算量�。�
2）可以大大降低輸出諧波含量，尤其是低頻紋波，它的諧波主要集中在載波頻率的K倍的位置，因此在設(shè)計(jì)濾波器的時(shí)候，比較容易實(shí)現(xiàn)，而且成本較低；
3）對(duì)于任何數(shù)電平變換器，調(diào)制比可以在所有的工作范圍內(nèi)變化，注入合適的三次諧波，可以實(shí)現(xiàn)最大調(diào)制比1.15；
4）在載波中注入合適零序列，可以較好地平衡中點(diǎn)電位[2]。
本文在介紹三電平變換SPWM控制理論的基礎(chǔ)上，討論了用DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)三電平SPWM控制的方
[1] [2] [3] [4]
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