（电力电子与电力传动专业论文）基于cpld的多路spwm控制器的研制.pdf

最聂 绘塞了系统仿粪窝实验 辏粪稆试验表暌 本控裁爨较硬 孛设诗会瑗 控 制方法正确 可行 系统运行可靠 平稳 关键词 s p w m c p l d 多路 矢量旋转 单元审联中压炎频器 研究类型 应用研究 s 珏毯e c t r e s e a r c ha n dm a n u f a c t u r eo ft h em u l t i p h a s es p w m c o n t r o l l e r b a s e do nc p l d s p e c i a l t y p o w e r e l e c t r o n i c sa n de l e c t r i cd r i v e r n a m e g a oy u i n s t r u c t o r w e il i s i g n a t u r e s i g n a t u r e a b s t r a c t g 弦叛 z 以 髦 t h i se s s a ym a i n l ya n a l y s i s e dt h et w of o r m so f p h a s e s h i f ti np w mo fl e v e lp h a s e s h i f t a n dv e r t i c a lp h a s e s h i f ti ns e r i a lu n i t sm i d v o l t a g ef r e q u e n c yc o n v e r t e r a n dc o n c l u d e db o t h t h eb e n e f i t sa n ds h o r t c o m i n g so ft h e m b o t ho ft h e mc a no u t p u tm u l t i l e v e l sv o l t a g ew a v e s t h a ta p p r o x i m a t e dt ot h es i n ew a v e a n dl i g h tt h eh a r m o n i cp o l l u t i o nt ot h en e ta n dl i g h tt h e i m p u l s et ot h en e ta n dm o t o r s b u tw i t hs o m es h o r t c o m i n g si ni t s e l v e s a i nc a s eo f v e r t i c a l p h a s e s h i f tw h e nt h em o d u l a t ea m p l i t u d ei ss m a l l e r t h eo u t p u t sb e t w e e nt h eu n i t si sd i f f e r e n t n e e dt od i s t r i b u t ee v e r yp o w e ru n i t so u t p u td y n a m i c a l l y b i nc a s eo fl e v e lp h a s e s h i f t w h e nt h ed i s t a n c eb e t w e e nt h et r i a n g l ew a v e si sl a r g e r t h es a m p l ep r e c i s i o ni sl o w e ra n d c a n n o tm e e tt h er e q u i r m e n t o nb a s i so fo v e r c o m i n gt h e s es h o r t c o m i n g s w es u g g e s t e da t h e o r yp r o d u c i n gm u l t i p a t h ss p w mb yu s i n gv e c t o rr o t a t i n gm e t h o dt h a tb a s e do nc p l d t h i sm e t h o dk e e p st h eb e n e f i t so ft h el e v e lp h a s e s h i f ta n dv e r t i c a lp h a s e s h i f tb u tw i t i l s i m p l e r c a l c u l a t i o na n db e a e ro u t p u tw a v ef o r m sa n df a s t e rr e s p o n s ea n db e t t e rr e l i a b i l i t y t h ee s s a yd i s c u s s e di nd e t a i l yt h ef o l i o w i n gc o n t e n t s 1 d e s e r i b e dt h et w ok i n d so fp w mm o d u l a t i o nm e t h o d so fc a r r i e rp h a s e s h i ri ns e r i a l u n i t sm i d v o l t a g ef r e q u e n c yc o n v e r t e r a n dd o n es i m u l a t i o nt ot h ep w 礁m o d u l m i o no f c a r r i e rl e v e lp h a s e s h i f ta n dv e r t i c a lp h a s e s h i f t a n a l y s i s e dt h eo u t p u tw a v ef o r m st h a tu n d e r d i f i e r e n tm o d u l a t i o n n es i m u l m i o na n dt h es y s t e mt e s t ss h o w e dt h a tb o t ht h ec a r r i e rl e v e l p h a s e s h i f ta n dv e r t i c a lp h a s e s h i f tp w m m o d u l a t i o nc a ne n h a n c et h es w i t c h i n gf r e q u e n c i e s a n di n c r e a s et h en u m b e r so fo u t p u tl e v e l s a n dl i g h tt h eh a r m o n i c sa n d p r o m o t et h eo u t p u t w a v ef o r m s b u tw i t hs h o r t c o m i n g si ni t s e l v e s d u et ot h i sr e a s o n s u g g e s t e do n em e t h o do f v e c t o rr o t a t i n gt or e s o l v et h ep r o b l e mo fp r o d u c i n gm u l t i p a t h ss p w mi nm i d v o l t a g e f r e q u e n c yc o n v e r t e r a n dg i v e nad e t a i l e dt h e o r e t i c a l l ya n a l y s i s 2 i n t r o d u c e das e q u e n c e df a u l ts e a r c h i n gm e t h o di n t ot h es y s t e m i t sp r i n c i p l ea n dh o w t od e s i g nt h eh a r da n dt h es o f t t h es o f tu s e st h er e g i s t e r st oe n g a g ee n c o d ea n dd e c o d e 3 a d o p t e dl i g h tf i b r et oc o m m u n i c a t e r e s o l v e dt h ep r o b l e mo fi s o l a t i o no fl i g h ta n d e l e c t r i c a n dp r o m o t e dt h ea n t i d i s t u r ba b i l i t y a n dl i g h tt h ee r r o rc o d er a t e i ns i g n a l t r a n s m i s s i o na n di n c r e a s e dt h ec o r r e c t n e s so f t h ec o d ei nt r a n s m i s s i o n 4 a d o p t e dt h ec p l dc h i p si nt h es y s t e m a n dp r o g r a m r n e dt h e mw i t hv h d ll a n g u a g e t h es t r o n gf u n c t i o n so ft h ec p l dm a d ei tf i n e l yd i s t r i b u t et h ed s pc a l c u l a t e dp u l s ew i d t ht o e a c hu n i f sc o n t r o l l e ri n n e rt h es y s t e m a n da d do u tt h ea p p r o x i m a t e ds i n ew a v et h a tn e e d e d b yt h es y s t e m a n dl i g h tt h ep o l l u t i o no f t h eh a r m o n i c s f i n a l l yd o n et h es y s t e ms i m u l a t i o na n dt e s t t h er e s u l ts h o w st h a tb o t ht h eh a r d w a r ea n d t h es o f t w a r ea r ei ng o o dd e s i g n e d t h ec o n t r o lm e t h o di sc o r r e c ta n dc a nb eu s e di np r a c t i c e t h es y s t e mr u n ss t a b l ya n dr e l i a b l y k e yw o r d s s p w m c p l d m u l t i p a t hv e c t o r r o t a t i n g s e r i a lu n i t sm i d v o l t a g ef r e q u e n c yc o n v e r t e r t h e s i s a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 姿料技囊孥 学位论文独创性说明 本人郑重声明 所里交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 其取得研究成果 尽我所知 除了文中加以标潍和致谢的地方外 论文中不包含 其德入或嶷体已经公野发表或撰写过的磅究或隳 也不包含必获褥珏安科羧大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料 与我一同工中 的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并波示了谢意 学位论文俸辫签名 锄俞嚣藕 矽g 彩 矿 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定 即 研究生在校攻读学位期问 论文工l 乍蕊舷谈产权零霞矮予露安萋粤菠大学 学校蠢较保馨劳凑嚣家有关帮门或 机构送交论文的复印件和电子版 本人允许论文被查阅和借阅 学校可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行梭索 可以采用影印 缩印溅扫描 等复稍手段保存帮汇编本学位论文 磊时本入绦涯 毕翌蠡结台学位论文褥究深 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学 指导教师签名 劂郦 民婚弱 1 1 本课题的骚究背景 1 绪论 长期以来 变压变频调速以其优良的性能受到瞩目 但因为主要靠旋转变频发电机 缀作为电源 缺乏理想的变频装置而朱获得广泛应用 直到电力电子开关器件问世以 嚣 各静静囊式变压交鬏装嚣孝褥到邈迷发展 随着电力电子技术酌发展 变频调制技术也在逐步完善 早期变频调制技术一般采 用p a m 方式 即脉冲幅值调制 调频调压分开方式的 现在采用p w m 方式 调频同 时调压 目藏己经提出并褥至4 应用的p w m 控剑方寨不少于l o 耪 现在比较突用盼是 正弦渡踩宽谰翎s p r m 它包括电歪s p w m 磁逶s p w m 空溺电压矢量s v p w m 和电流s p w m 电压s p w m 最大缺点是电压利用率低 输出电胍有效值只为进线电压 的o 8 6 4 倍 而且通常聚用调制方法克服 这使穰高压时消除谐波的目的没有达到 磁逶s p w m 鄂s v p w m 曩专转矩躲韵小 噪声l 曩 电压剥瞒搴裹 辕密魄压提裹 1 5 和谐波电流有效值的总和接近优化 最少 的优点 因藏得到广泛应孺 电流 正弦p w m 技术可以满足电机控制良好的动态响应 在极低转速下亦能平稳运转 除此 之外还有优化p w m 技术和随机p w m 技术 主要蛰限点都是在举提高开关频率的前提 下消除谐波 李率翻转矩躲溯强噪声 这褒耱方法霹邃一步渣豫波形琵基璃交 s p w m 控制方式是对逆变电路开关器件的通断j 茳行控制 傥输出端得到一系列幅 值相等而宽度不相等的脉冲 用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形 对于低燧变频器两害 裳用的方法蒸本为以上凡秘 对于中 赢压变频嚣藤言 由 予主回藩籀孙的差异毪 捷得交颓调幕 技术更热毽掰月异 为了解决功率器件耐服问题 单元串联型中压变频器应运而生 人们对单元串联变 频器的p w m 调制技术也展开了研究 2 载波垂直移相式s p w m 和载波水平移相式 s p w m 获零惩串联壅孛隳交菝器羧出波形叠麴豹荚瑷毪囊度窭发 一瘦或秀蘩元枣联 型交频器p w m 调制的热点 但由于镁用载波垂直移相p w m 调制还需要动态分配单元 串联型中压变频器各功翠单元的输出功率 使得负栽功率由每个功率单元共同均匀分 攫 两采用载波水平移相p w m 调制方法时 当水警串联缀数的太多时 三角波之闽的 疆离远 采榉精度瑟控锈精度这不舅蘩求 不蘸满怒系统系统稳定性和可靠魏豹要求 1 3 1 本文芷怒基于上述缺点 提出一种矢量旋转法实现的p w m 调制方法 以掇高单元 事联鍪孛匿变频器趣竣爨波形痰量 鬟褰系统蘸态螓疲 l 力 增强系绕运褥熬誓靠经秽 稳定性 西安科拭太学硕士学位论更 1 2 国内舜研究现 锬及意义 1 2 1 三角波调制法及其控制模式 繇宽谲蔷霭跫嗣豫狰爨度不等静一系确矩形稼冲去遥近一个掰需要静电筮秘电流信 号 它是利用三角波电压和参考电压相比较 确定各分段矩形脉冲的宽度 5 图1 2s p q v 模接采样 三角波调涮的电路如潮1 2 所示 程电压沈较器a 豹两输入灞分舅 输入正弦参考电 愿u r 和三角波电压u s 在a 的输出端便得到p w m 调制电压脉冲 p w m 脉冲宽度的 确定可由图1 3 看出 u s 和u r 分别接至电压比较器a 的 一 和 输入端 显然u s u r 对 a 夔徐懑为餐毫乎 嚣1 1 3 中u s 和u r 的交点之问的躐离随参考电舔u r 的大小而变 该交点之间的距离决定了电 胝比较器输出电压脉冲宽度 因而可得到幅值相等而脉冲宽度不等的p w m 电服信号 u p u 0 t o p 0 图1 3s p w m 数字采撵 2 七 1 绪论 1 2 2s p w m 调嗣技术 在生产中为了减小谐波影响 提离电动机运行性能 要求采用对称的三相正弦波电 源为三相交流瞧秘机供魄 因此 p w m 逆变器采髑难弦波 乍为参考信号 这荦申正弦波 辣宽谲裁登递交器稼兔s p w m 逆交嚣1 6 1 磊蘸实魏s p w m 静控制方式有三类 一是采 用模拟电路 二是采用数字电路 三怒采用模拟与数字电路相结合的控制方式 表1 1 是对三种控制方法的比较 表1 1s p w m 产生方式魄较 餐是蕤辫高速度 裔精度多功麓徽楚理器 微控翻器和s p w m 专霜芯片豹发震 采用微机控制的数字化s p w m 技术已占当今p w m 逆变器的主辟地位 在实际中常应 用的单片机肖c 1 9 6 系列 d s p 中有n 公司的l f 2 4 0 7 系列等 它们均可以产生s p w m 浚 著虽缀烂救应羁在熨躲审 7 1 1 2 3s p w m 逆变器的缺点 s p w m 逆变器中采用正弦波作力参考波形 虽然在逆变器中的输出电压和电流中 蕉波占有主瑟成分 毽楚爨存在一系麓蔫次谐渡分黛 懿栗不缓篡含有次鼗较低靛谐滚 分量 则需聚提高三角波的频率 然而载波频率的撮高将增加功率元件的开关次数和开 关损耗 撮离了对功率元件和控制电路的要求 为了群决上述阕题 诲多科学家浆鼹各秘方法寒降低谐波懿会量 x is p w m 波形 进行犹纯 键是所有的p w m 技术瀚不丽之处全程于谐波控翻的不同 飙空闯矢量 p w m 加入3 次谐波到优化的p w m 加入3 的所有熬数次谐波和其它谐波 但鼹它的缺 点还是显而易见的 对电网和设备的危密远远大于它的优点 1 2 4 多珞移相s p w m 正是基于上面的缺点和解决单元串联型中压交频器的p w m 波形多路输出的需要 入髓提出了多路移相s p w m 按术 如暴逆交器输激采用多电平移糖式p w m 技术 固 一穗翡臻率摹元输出穗阏幅值和福位的蒸渡电压 褥串联的各单元的载波之闽赢相错开 西安科技太学硕士学位论文 一定的角度 实瑗多毫乎p w m 赣爨迄歪冀誊接邋正弦渡 在每个部分只鸯攀元壹滚 母线电压大小 d i d t 很小 使得电动机绝缘不会受到影响 功熬单元采用较低的开关 频率 以降低开关损耗 且可以不用浪涌吸收电路 提高变频器 率 由于采用多电平 移楣式p w m 等效输出开关频率缀离 且输出电平数增加 可大大改善输出波形 降 低输出谐浚 谐波弓 起静毫动机发热 噪声帮转动脉动也都大大淹低秘 1 3 本论文的研究内容 本论文戳s p 琢t v l 递交器为对象 麸载渡求学移穗帮垂妻移提p w m 瀵溺技寒入 手 分析了箕优点和缺点 提出了矢量旋转法 并绘出了其计算原理 阐述了艇相关硬 件和软件的设计 然后提出了系统故障燕询的方法 最后应用6 k v 中压变频器为实验 系统 给如了相关试验的波形 并对其遴行了分析 本文共分为纛章 主要内容包括 第l 章奔缓了本溧纛豹骚究背景秘鬻肉努现扶 第2 章从理论上论述了多路s p w m 产生机理 首先分别介绍了目前采用较多的是 垂直载波移相和水平载波移相两种拓扑 然后提出本系统采用矢爨旋转移相法的采样方 法 荠理论点溪述了鼓隆凌诲的原理 第3 章簇于c p l d 的多路s p w m 控制器的硬件电路设计 曾先阐述了革貉s p w m 系统的硬件设计 然后详细叙述了基于c p l d 的多路s p w m 相关电路的设计 第4 章揍于c p l d 的多路s p w m 控制器的软 牛设计 主要论述了p w m 脉宽的计 算缡程愚怒释各令c p l d 戆稳关壤程懋憋 第5 章实验结果显示单项s p w m 的实验波形 同一相相邻两个单元间的波形 以 及六单元串联后的叠加波形 最后叙述了6 k v 2 2 k w 试验系统空载 负载实验 并对实 验结果进行了分辑 第6 章结论与展望 本论文围绕着中压变频器的试验毅露 通过对s p w m 控制器控制方法的研究 提 如了矢量旋转法 然后从软件和硬件两方丽进行了详细的设计阐述 以力求从瑕论和实 验不同角爱邀牙系统露淹蒋避阐述 4 2 多路s p w h t 产生机理 2 多路s p w m 原理分析 2 1s p w m 分类筮会 s p w m 正弦脉宽调制 根据它的输出电平的极性 通常分为单极式和双极式两种 单极式输出的电平在正和零 负和零 之间变化 而取极式则是在正和负之间进行变 化 2 1 1 单极式s p w m 单极式s p w m 波形 形成原理如图2 1 所示 当a 相的信号波瞬时值 鼯 时 攘应戆开关器件 鲷蟊墨 霉遂 辕邂聂懿赫狰电 露当甜 耩雩 墨关鞭 输出 电压为零 在 的负半周中亦可用类似的方法控制下桥臂 例如s 输出负的脉冲 列 改变信号波 的频率时 输出电聪基波的频率也随之改变 獭降低信号波的幅值 为鼙二时 各段躲渖兹宽度郝将变窄 扶鼹使输出龟愿基波斡寝蕊 熟鞠应的变 j 9 l 图2 1 革擞式s p w m 产生琢理 单极式s p w m 波在半周内的脉冲电压只在正和释 或负和零 电平之间变化 主 电路每相只有一个开关器件反复通断 因此 元件的利用率不高 且正负信号交替的 按裁弯一定静复杂毪 教三籀遂交器中憋攫乡爱蕈投式s p w m 嚣孬霜双投式s p w m 寒 代替 5 西安科技火学硕士学位论文 2 1 2 双裰式s p w m 三相双极忒s p w m 波形 其调制方法和单极性相似 只是输出脉冲电压的极性不 网 双极式s p w m 的信号波有正负极性 它输出的敞冲列可让同一橇臂上 下溉个开 关交替导遂粒关颤 输出躲挣只有正 受电平焉无零窀平 鄂在一个溺波蠹潮辩存在 正极性信号和负极性信号 双极式s p w m 形成原理如图2 2 所示 图中当a 桐 n 时 s 导通 s 4 关断 使负载上得到相电压为 o 2 时 s 关断 而 s 导透 蒌l 一u 2 p l u 0 孙 2 2 徽枧控糊的s p w m 采棰方法 微机控制的s p w m 控制模式有多种 常用的有自然采样法和规则采样法两种方 式 下面是对上述两方式的介绍 1 0 1 2 2 1 垂然采样法 自然采样法和模拟电路采样方法相似 但微机怒通过采样计鳟的办法寻找三角载 波u s 和正弦波u r 的交点 确定s p w m 脉冲宽度 6 2 多路s p w m 产生机理 整霆2 3 可踱番窭 只要透过x 重u s 秘u 静数字表达式联立袋罄 我爨a b 蠖 可确定脉冲宽度 虽然微机具有复杂的运算功能 假是需一定的时间 而s p w m 的输 出需要实时控制 所以没有充分的时间去计算 实际中是采用畿表的形式进行计算 但这样工作爨较大 之 l 一岛拿 虬 乒 一3 一 守 这嚣褒燕麓轰 哥叛愆裂多毫乎埝爨 蒡使 攀簿效嚣关豢搴大大提 高 改善了输出波形h 8 1 采用移相p w m 调制之所以能够得到这样好的效果 是因为 在结构上多煎化的结果 可以预见 如果在对每个功率单元进行s p w m 调制时 各载 波不移楣 郯么每个功率攀元的输出s p w m 波将麓摆同静 在爨翔之后仅仪楚p w m 脉冲翡箍鏊蹭丈了 电睾数察等效舞荚频率帮不会罐热 因诧 载波移穗是求平移相 p w m 调制的根本所在 同时 通过以上的分析可知 每个功率单元输出都是旗波相同 的脉冲错开的s p w m 波 因此 在水平移相p w m 调制的方式下 每个功率单元的输 爨囊搴是攘闲戆 不嚣专门控铡蚤袭率攀元楚埝篷凌搴 西安科技托学硕士学位论文 l 美土承平移穗p w m 调裁是在双缀瞧调割懿鏊旗上讨论戆 实际上 采耀擎掇谴 调制同样可以使每个功率筚元输出三电平s p w m 波 只要使各载波错开一定电角度 可以得到同样的水平移相p w m 调制效果 这里不作详细论述 但是当水平串联组数黪太多时 三角波之间敬鼹离远 那么采襻的精度达不到要 求 掰敬本系统著授有采 j 班上两秘方法 丽是采翔矢量旋转浚产生多籍s p w m 波 形 2 4 矢量旋转法 2 4 1 矢量旋转法产生多路s p w m 原理 通过对水平移相法秘潦直移相法的魄较后 本系统准备采用矢量旋转法产生多路 s p w m 滚形 矢量旋转法跫遥过采群搿麓旋转蓬戆矗秽来确定输国毫压豹蔫低 其薅产 主机理如图2 6 所示 也采用本章所述的规则采样法 1 9 1 粼k 鐾逖 三角器 l 一 l t lj 输出s p w ll w 1 ii 啊jt w 3 t 渡搿 豳2 6 规则聚群法s p w m 产生原理 其律计舞如下 设浆鞠电压弱瓣辩俊为瓯 奁一个采样鹅期癌 r u x d t t w u d 2 2 其中 瓯一纛滚母薅邀鬃 当t 缀枣瓣 霹谈戈寇o t 内 u x 惫零量 藏蠢 u x t k u d 日n 一u 即 翌 墨 l d 而当电网电压为瓯时 有玩 1 3 5 玑 故等 r 采用标幺值计髯 取基 准值为1 3 5 x 6 0 0 0 8 1 0 0 实验系统为6 k v 代入得 鱼 堡 1 2 2 多路s p w m 产生机理 簪 眩3 这样当电网电压升高对 赫宽值巧摺斑减 j 笈之亦然 这样维持了电两电蕊波 动情况下输出电压的恒定 必了把该瑷谂运用予多电乎交频器 令t 2 n t s 凌采群髑鞠t 孚均势在n 令串 联单元 使某相串联功率单元中相邻两个的采样时间为素2 2 b 而同一个功率单元采 撵辩润绥 瑟为t p 2 瓦 赦 巧 半 2 4 这样 程 个采样辩问t 内就完成了n 令功率单元酌连续采样 阕2 7 给出了 n 3 时a 相功率单元采样时序 器轰3 o u u 单元汗热粟撵a 3 攀元开始下次采徉 a 2l a 2 单元开始采样a 2 单元开始 f 敬 lll yl ll i i ii lli 2 t s s 2 t s 2 t s2 t s 2 t s 采样 图2 7n 3 时功翠擎兀采样时蓐 从图2 7 中可以看出 在第一个m t s m o 1 2 n 开始时刻 对a 1 b 1 c 1 单元进彳予采样 在篇二个m t s m o l 2 n 开始时刻 对a 2 b 2 c 2 单 元遴霉亍采样 绞次类掇 在筹n 令m t s 汝0 l 2 n 开始对弱 瓣a 1 b 1 c i 单元进行采样 因为在整个系统中鼹由一片2 0 兆的晶振来提供时钟信号 2 0 1 把其中1 6 分频作为 产玺s p w m 辩锤信号静簸夺单整 频率为1 2 5 m h z 所以它的单位周期为 如 l l f 1 t 1 2 5 x 1 0 6 o 8 x t 0 s 为了我出s p w m 的脉宽与a 拶的关系 本文先计算矢量 秽和z 之间的关系 算法一 恒转 m 轴 f 为频率 1 厶为周期时间 它转过的角度为3 6 0 那么 毒瑟宰豹辩藏麓疆2 t 静嚣霆秀2 t x 0 8 1 0 对痤转遵戆燕凌舞a 0 2 t 7 0 念8 x 1 0 挣 等2 t 挣l 西安科披火学硕士学位论文 毖 堑 2 e 0 8 x 1 0 6 a o 矗毋 3 6 0 2 lx o 8 1 0 磊 o 0 0 0 5 7 6 x t 鼗 为频率基准焦 设弱嫩 h 刘 5 是0 h z 1 5 0 h z 一1 量 k 5 0 磊 5 0 f代入磊 a 0 o 0 0 0 5 7 6 x 5 0 x t f o 0 2 8 8 t 厂 算法二 a 0 2 n f 对于5 0 h z 的电路来说 3 6 0 2 x 1 o 0 2 s 一个采样周裳 a o 2 z r x f x 2 t x o 8 x 1 0 2 6 2 7 2 n f x 2 l o 8 x 1 0 a 0 j a 0 o 0 2 8 8 x tx f 2 8 魏二式麓委逡 结会上蘧式露 7 式盆 s 雩萼 a o 0 0 2 8 8 x t 宴 2 9 通过对上式的分析我们看到 目与t 兵成一定的比例关系 而 牧 u e o s 8 a o 所以a 护又和封 成一定的关系 恶是基于上式本文提出一种思路 其中每转遗一个 5 0 群 采样一次 瓣下瑟的诗粪方法透行幸 算s p w m 静脉宽 由上图可以看出为了准确的找到m t s 开始时刻 计算机处理时可以采用巾断方式 对该点进行嫩位 也为了使波形严格对称 减小误簇积累 有意将某相相邻鼹个功率 擎元采榉融瘸设受2 t s 露获圈2 8 霹餐爨 每令s p w l v l 波形豹中点正鳋磋镣令臻率 单元开始采样后的n t s 时刻 为此本义不计算t w 而计算t w l 是由于t w 脉宽 的生成方法的原因 计算t w l 更容易生成t w 详细论述见图2 8 的说明 由图2 6 可看出 t w i t w 3 曼三垃 2 1 0 结合式 2 3 可得 琢 一t w 3 竽 2 n t s u 厂 2 n t s 形u 一 n 黾 1 4 2 多路s p 州产生机理 得出 t w i 一 t w 3 1 u m c o s o a o n t s 坟 f 1 绝 翌主 丝 王 叁b t 2 1 2 i n s 一l 一j l f 其中 受瓣嚣篷 玑的三相表达式分别为 l c o s o 帮 c o s a 1 2 0 2 1 3 一 c o s e 2 4 0 其中 8 掰 为瞬时值 为有效值 l c o s o 学 口 e o s o 十1 2 0 a 0 2 1 4 l u c 材 e o s o 2 4 0 a 0 为了实现多路s p w m 的产生 根据式t w l t w x m 1 u c o s o t o n y s 的 口和 址 写或一定熬关系 这撵遥遂 窖懿变位 莰焉傻写躲宽改交霉 霉者 考虑弱当谈怒 输出某相电压值为负值时计算出来的t w i 德有误 当u 为负值时 s p w m 输出为0 即 s p w m 按照t w i 计舞 u 0 s p w m 输出为0 u 蔓0 按照t w l 计算结果产生s p w m 原理如图2 8 所示 i1 w 憾 i e i 入xu燃 v j tl 1 i 吣 t 戳 图2 8s p w i v l 产生原理 在图2 8 中a 点 t w l 值 溅值 被装入 随厩t w l 按照固定时间减计数 巍到 达转对蘩 善w l 篷臻辫0 继续减诗数 罩w l 篷鸯受蓬 到达c n t s 薅亥l 羧簧霭 t w l 加计数 到达d 时刻 t w l 值又为0 继续加计数 俐l 值又为难值 到达e 2 n t s 下一周期a 时刻 重新装入t w l 新值 西安科拭太学硕士学位论文 在銎2 8 孛o b 为t w i b d 为罩w 艨宽 d t 为t w 3 掰激在奏蓍瑟没囊壹接 计算t w 丽直接计算t w l 可以通 i 建减计数和加计数来生成脉宽 这样就可以通过 上述的方法产生出系统所浠的s p w m 对于b c 相s p w m 产生机理相阏 由于b 棚瞬时电压滞鼷a 相1 2 0 c 相瞬时 电压嚣螽a 稳2 4 0 馥滔 串上 翅a 1 b 1 c 1 域a 3 b 3 c 3 s p w m 波自动互 差1 2 0 2 4 2 多路s p w m 的分配 按图2 8 的原理产生出a b c 三楣相应的脉宽w a w b w e 通过图2 9 的分配原 理进行分配 堍粉靶 悃 m b 辫田 b 鹣旧 i q 瀚 至 悃 一瀚圈 b 渤 习 圈2 9 脉宽分配原理图 本文所用的实验系统为六单元串联型中压变频器 需要将三相的s p w m 脉冲宽度 枣序戆分配戮六缝孛去 霾蘧 采弱将熬砖分嚣重分熬懿办法 骧a 矮巍鲷谖爨 对手 w a 采样值 第一次将其放在a 1 组 程转过a 0 角度时放在a 2 组 依次放在第3 组一直 到n 组 n 为串联组数 当到第7 次 n 7 n 1 次 时 放入a 1 组 依次循环 同样 的原理 对予b c 相来说 当计算出w b w e 后依次放入b 1 b 6 c 1 c 6 组中 因此使 其骞痔豹分瓣在每缰孛 疆爱叠热或多瞧平接连歪弦麓波形 2 4 3t s 初值计算方法 透过慰上嚣弧稼宽诗葵虿鞋着惑 泳宽公式中客套强 它实际上是一令辩涎量 主要有两个作用 第一 熏控芯片d s p 进行处理时豹基准变量值 第二 c p l d 给d s p 6 船一i 一 2 多路s p 州产生机理 发送中蘩弱篓重凌淘疆 霉蕊一令t s c p l d 囱d s p 发送一次中甑 黯戆准臻露阙是由t s 的初值乘以o 8 1 0 s 在c p l d 中作 很小的计时单元 其周期为o 8 x 1 0 s 得 到 2 3 t s 的值遇常由d s p 设为5 0 0 3 1 5 2 0 0 和1 2 5 瞪个篷中的某一傻 他们分别对应在 o i 4 5 h z l 5 h z 3 7 5 h z 3 7 5 h z 一1 3 5 5 h z 及t 3 5 5 h z 5 0 h z 区间 这就怒本系统提出的频率分段 本系统把频率的初值分为4 个段 分别为 1 当l f 1 5 h z 时 t 5 0 0 2 姿l 圭5 h z 茎f s3 7 5 i 瑰l l 雩 乏 3 1 5 3 当3 7 5 h z 墨f u t p 刚t l p 5 2 1 1 导通 l o v e r 弱过压 输獭低电平 有效 2 如果u d c 2 u d c 3 u t p 贝l jt l p 5 2 1 1 导遐 t l p 5 2 1 1 的4 寝3 篱角等电 势 o v e r 过篷 输篷褰电平有效 警u d c 2 u d c 3 u t p 粼t l p 5 2 1 1 不导逶 o v e r 过服 输出低电平 3 同理 u n c o v e r 欠压 和o v e r 过压 工作原理裟似 3 基于c p l d 的多路s p 帆 i 的硬件设计 3 2 41 g b t 驱动季口保护 图3 4 赦障检测电路 当i g b t 构成的逆变器发生负载短路或同一桥臂出现直通现象时 电源电臌赢接加 到i g b t 的c e 两极之阈 滚过i g b t 瓣集电极电流将会急剧增嬲 此时若不逐速擞 除掇极驱动络号 藏会浇环i g b t 壹予i g b t 的道态键帮压洚v c e s a t 与集魄缀电流 l c 呈近似线性关系 所以i g b t 的过电流保护可以采用检测集电极电压的方法实现 2 4 本系统巢翅了磺 c o n c e p t 公嚣熬謦魏s c a l e 辍动模块 s c a l e 霹敬驱动i g b t 窝 电力m o s p e t 具有短路芹i 过电流保护功能及电源簸测功能 驱幼信号 供电电源和 功率部分完全隔离 并含谢隔离状态确认信号 有两种驱动模式可选 直接模忒和半 桥模式 对于邑含有死区的驱动信号可进用直接模式 选用半耩模式则加入弼嚣驱功 率器 孛 琵嚣辩闫在l o o n s 割凡令徽移之阉运过努接r c 毫跨可调 信号延迟辩麓典型 假为3 0 0 3 5 0 n s 适合于高选1 0 0 k h z 的开关频率驱动 s c a l e 智能驱幼模块应用简单 适 用范围广 可靠性高 是一种性能很好的智能驱动模块 图3 5s c a l e 的k 监测电路 一 一 c l k 0 儿01 0 6 j c l k l l l l1 0 6 鲁 e l k 3 l 1 0 6 l 6 5 c l l 毒1 0 6 8 4 l 1 0 5 9 l j1 0 5 e 8 3 门 a g l 盐i1 0 j 7 霹薰翼卜一 1 0 j 6 i o o1 0 5 5 堡2 篷 卜 一 一 i o l1 0 5 4 l 1 0 21 0 5 皇 6 1 0 3 1 0 j 2 j 熏弓 十 i o 1 0 5 l i 一 音一 1 0 51 0 5 0 疆窭蚕 罟一 1 0 6l o l 9 z o l o e 1 3 1 1 0 81 0 4 1 1 0 9i o 6 1 5 i o l 0 r c k1 0 4 s i 5 一 i o l l1 0 4 4 1 0 1 21 0 4 3 d 0 81 8 l o l 3z 0 4 x d 0 11 9 1 0 1 毒i o i l d 0 22 1 0 1 51 0 4 0 d 0 3 2 5 1 0 1 61 0 9 d 0 2 6 i o l 71 0 3 8 门 d o 口 0 j2 7 i o l 81 0 3 x 1 0 6 2 8 i o l 聋z 0 3 堪 j 0 2 9 t 0 2 0i o 羔 x d 0 83 0 z 0 2 li o x d 0 9 3 l i o 1 0 3 3 d 1 03 3 1 0 2 31 0 3 x d l l 3 4 1 0 2 1 0 3 1 x d l 23 5 z 0 2 51 0 3 e z 0 筠燃i 疽i o 9 1 33 6 z 0 2 7 1 0 0 8 剿3 9 p w m 输出芯片 p w m 5 a x p w m 5 a y 输密赫滓 输密酌p w m 辣狰分为秘鼹 分掰输绘下嚣豹两 个系统中 输出到搬绎接口投 它的鼙的是输出s p w m 波控制i g b t 豹导通和截止 输出给蔽障检测c p l d 芯片 它的爵的是与从光纤接翻板返回的信息进彳予比 较 肴其结果鼹否相同 如果结果不相同 则说明传输过程中商故障出现 系统就会 摄警残跳阕 骧为在袋浚逶翟中是滚 2 遂裁方式篱竣瓣 疑戬巍蘑一痿譬密瑗嚣次传 输错误 则返阐来的信号是正确的信号 而实际中是存在故障 这点本系统中没找到 很好的解决办法 2 电巍转换开关奄路静设诗 脉冲扩展板中的c p l d 的脉冲信号是通过光纤传输给光纤接口板 所以系统成该 首先把电信号转化为光信号 然爱传辕 本系统中采用了h f b r 1 5 2 1 光纾接头 逆行 3 基于c p l d 的多路s p v l i 的硬传设计 电光转化的 慰体实现电路如图3 1 0 所示 2 9 姿p w m 5 a x 有信号输入时为蕊电乎 n a n d 与j f 1 的输入端均为离电平 输出 端为低电平 则g t r 的蒸极b 为低电平 0 1 r 不能鼯通 那么 当 5 v 电经过电黼 i l x 后 导通h f b r 1 5 2 1 中的发光二极管 使其输出光倍号发给光纤接口板 姿p w m 5 a x 没有镶号竣入珏雩为低基乎 n a n d 与饕门 豹辕入蝼1 为毫电乎 2 为低魄平 输出端为高电平 则g t r 的基极b 为高电平 g t r 爵通 那么 5 v 电经 过电阻r x 后 流过g t r 厢接地 l2 0 圈3 t 0 电竞转证电路 由于h f b r 1 5 2 1 是一种通用的电光转换器 它内部有5 0 0 n 的上拉电阻 典型电 压为0 4 v 最黼电压为0 5 v 典型瞧瀛为8 m a 所以必须对r x 的阻值进行选取 二l 一 8 1 0 r 爿十5 0 0 r 冉 最缀夺 胃滏忽貉 土式变麓志2 g 1 0 3 趣 i 一5 0 0 3 2 4 8 1 0 于是得出r 1 2 0 q 所以本系统选用1 2 0 f 2 为其分压 3 3 5 故障接收电路砖没诗c p l d 2 n i n i 1 芯片电路及管角的定义 皴器3 1 l 凝示 x a 0 0 x a 0 1 梵遗址线 当x a d 0 1 眩 系统读久麓p w m 5 a z 5 单元a 相 故障信息 当x a 1 0 时 系统读入为p w m 5 b z 5 单元b 相 故障 信息 当x a j 1 1 系统读入为p w m 5 c z 5 单元c 相 故障信息 r d p 秀读嫒戆售号 警疆 p l 对 系统读入敖簿傣悫 爱之当r d p 0 薅 系统 不读入故障信息 f 5 m 是5 兆的时钟信号 它是邋过2 0 的晶振4 分频得到的 为此芯片提供时钟 西安g 技大掌硕士学位论炙 信号 目的是和光纤接口板中的c p l d 时钟信号同频 从而进行故障数据的传输 襄 濂 蠢二二黼 睡熏 i 器一 毒邋 i o 1 0 5 3 1 0 31 0 盟 l 鬻2i i i o i o d l 1 0 51 0 5 0 1 0 4i o 9 1 0 7l o e i 0 8i o 0 91 0 6 i o l o n e 矗z o 5 r o l it 0 o l jl o 1 0 1 3r 0 4 2 1 0 1 i o l x o l 51 0 4 0 t o l 61 0 3 口 l o l l o 8 c r d o i o l 1 0 3 7 匿萋 i o l 01 0 3 6 1 0 0 01 0 3 5 1 0 j l1 0 3 i o jr 0 3 3 1 0 3 j 1 0 驺 1 0 0 l o i 0 2 5z 0 3 0 1 0 2 6 墙j i o 嚣 1 0 0 71 0 2 8 阁3 1 1 故障接收芯片 2 电毙转换开关魄路的设嚣 当系统故障从光纤接口板发送过来时 也是光信号 那么系统只有把光信号转化 为电信号后 c p l d 芯片才 读取 即为光电转换电路 该电路如图3 1 2 所示1 3 0 l 警h f b r 2 5 2 1 有信号输入为麓瞧平 刚发光g t r 的基极为赢电平 g t r 导邋 h f b r 2 5 2 1 的1 2 管角镣电位 为低电平 7 4 l s l 4 非1 的输入端3 角为低电平 输 出溃兔裹电乎 粼p w m 5 a z 辕出臻惑 圈3 1 2 光电转化电路 巍h f b r 2 5 2 1 没蠢傣号竣入必低电平 裂发光g t r 匏基极力低逮警 g t r 截 止 h f b r 2 5 2 1 的1 3 管角等电位 为高电平 1 3 管角闻压降很小 7 4 l s l 4 非门 的输入端3 角为黼电平 输出端为低电平 则p w m 5 a z 无输出信息 3 基于c p l d 的多路s p w m 的硬件设计 3 3 6 脉冲接收及故障发送电路的设计 警光纾接翻扳接收剿麸脉 孛筘 展板的信号后 也骚进行觯鹳和编码 系统也蹩通 过c p l d 来实现的 由于所处理的数据量比脉冲扩展板中的c p l d 数据量少 故所需 的宏肇元少 舨以这里氇是采用c y p r e s s 公司c y 3 7 0 6 4 p 4 4 该芯