专利名称：一种基于移相式svpwm调制方法的级联多电平变频调速系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变频调速系统，特别是一种基于移相式SVP丽(空间矢量脉宽调 制；Space Vector Pulse Width Method)调制方法的级联多电平变频调速系统。
(二)
背景技术：
电能是当前人类文明发展的动力，也是当前衡量一个国家发展与人民生活的一个 重要指标。我国的电能生产与发展已经名列世界前茅，但仍不能满足工业生产和人民生活 提高的需要，其中一个主要原因就是电能的浪费现象很严重，因此变频调速电路以其优异 的节电性能越来越受到人们的重视。变频调速是一种比较理想的调速方法，其调速性能优 良、效率高，是交流调速电路的主要发展方向。自20世纪90年代以来，多电平技术在高压 大功率方面的应用越来越广泛，而级联多电平技术以其开关损耗小、谐波含量低、效率及功 率因数高等优点，得到了更加良好的发展前景。SVP丽技术将变频器和交流电机视为一个整 体，把数学模型建立在电机统一理论和坐标变换理论基础上，具有电压利用率高、谐波特性 好等优点，在交流调速系统中得到广泛应用，将SVP丽调制技术应用于级联型变频器，能大 大提高点击的运行特性和工作效率。但是传统的SVPWN调制方法中存在的电压矢量选择困 难和计算复杂的问题，传统的载波移向P丽调制方法中存在的电压利用率较低的缺点。
(三)
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于移相式SVP丽调制方法的级联多电平变频调速
系统，它把三电平SVP丽调制和移相技术结合应用于级联多电平变频调速系统，能够解决
现有技术的不足，是一种结构简单、操作方便、运行速度精度高的变频调速系统。 本发明的技术方案一种基于移相式SVP丽调制方法的级联多电平变频调速系
统，包括工频电源、异步电机，其特征在于它主要由变频器主电路、控制电路和采样电路构
成；其中，所说的变频器主电路和控制电路由工频电源为其供电，所说的变频器主电路的输
入端还与控制电路的输出端连接，其输出端与采样电路的输入端、异步电机的输入端连接；
所说的控制电路的输入端与采样电路的输出端连接，输入采样信号，并将得到的P丽控制
信号输送给变频器主电路。 上述所说的变频器主电路由3N个功率单元组成，每个功率单元均是一个单相输 出的AC/DC/AC变频器，相邻的N个功率单元的输出端级联组成一相，三相以星形结构连接； 所说的每个功率单元的输入端分别连接控制电路输出端。 上述所说的控制电路包括DSP主控板和FPGA板，其中所说的DSP主控板的输出端 与FPGA板的输入端连接，采用DSP与FPGA联合控制，DSP采用TI公司的TMS320LF2812芯 片，FPGA采用Altera公司的Cyclone芯片。 上述所说的采样电路由采集电压信号的A/D转换模块、采集电流信号的A/D转换 模块和采集频率信号的A/D转换模块构成，且A/D转换模块采用AD7684型号，其连接为常规连接。 —种上述基于移相式SVP丽调制方法的级联多电平变频调速系统的工作方法，其 特征在于它包括以下步骤 (1)采样电路在变频器主电路输出端检测电压、电流和频率信号，并把这些信号送 入到以DSP为核心的控制电路中； (2) DSP主控板实现电压前馈解耦型矢量控制，并计算出一个三电平变频单元的矢 量，并输出P丽信号； (3) FPGA板接收DSP主控板的P丽信号并对其移相，实现移相式SVP丽输出，从而 控制功率开关器件的触发角和关断角，使各个功率单元输出相位相差n/N、幅值完全相同 的电压； (4)变频调速系统主电路的各功率单元接收控制电路输出的SVP丽信号进行动 作，各个功率单元输出的电压经过叠加形成不同频率和幅值的正弦电压，直接输出供给电 动机，从而实现变频调速功能。 本发明的工作原理(l)由三电平变频器扩展开去，对于N单元级联变频电路，每 个单元仍可看成一个三电平变频器，故单元级联电路可以采用基本的三电平SVP丽调制方 法。为得到多电平的输出效果，借鉴移相式SP丽的调制思路，每相N单元的各矢量作用顺 序一致，但各级连单元电压矢量作用时间有相位差，即矢量存在相移。设空间矢量的采样时 间为Ts，采用上述调制方法，N单元级联变频电路各单元矢量作用时间的差值为T乂N;(2)主 控板DSP矢量控制采用汇编语言编程，包括主程序和中断子程序。主程序负责有关相关的 初始化；中断子程序是程序的核心，包括电流采样环节、转速测试环节、坐标变换环节、转子 磁链位置估算环节和PI调节环节等。P丽分配板FPGA芯片采用原理图法和VHDL语言的混 合编程实现P丽脉冲的移相多路输出；(3)DSP只负责一个三电平变频单元的矢量计算，其 他(N-l)单元的矢量控制信号采用FPGA进行移相得出，并在其中加入死区时间(见图4)。
本发明的优越性在于(1)利用高性能数字信号处理芯片(DSP与FPGA)及级联 多电平技术实现级联多电平变频调速电路，在很大程度上提高了变频器输出电压的电能质 量，提高了电动机的响应速度和精度；(2)减少了输出电压的谐波含量和du/dt值，逆变器 的开关管工作在低压低频(或工频)状态，开关损耗及EMI较小，效率较高；(3)把三电平 SVP丽调制和移相技术结合应用于级联多电平变频调速系统，能够解决基传统的SVPWN调 制方法中存在的电压矢量选择困难和计算复杂的问题，还能解决传统的载波移向P丽调制 方法中存在的电压利用率较低的缺点。
图1为本发明所涉一种基于移相式SVP丽调制方法的级联多电平变频调速系统的 系统结构框图。 图2为本发明所涉一种基于移相式SVP丽调制方法的级联多电平变频调速系统中 变频器主电路的电路拓扑图。 图3为本发明所涉一种基于移相式SVP丽调制方法的级联多电平变频调速系统中 控制电路的结构框图。 图4为本发明所涉一种基于移相式SVP丽调制方法的级联多电平变频调速系统的DSP中断服务子程序流程图。 具体实施例方式
实施例一种基于移相式SVP丽调制方法的级联多电平变频调速系统(见图1)， 包括工频电源、异步电机，其特征在于它主要由变频器主电路、控制电路和采样电路构成； 其中，所说的变频器主电路和控制电路由工频电源为其供电，所说的变频器主电路的输入 端还与控制电路的输出端连接，其输出端与采样电路的输入端、异步电机的输入端连接；所 说的控制电路的输入端与采样电路的输出端连接，输入采样信号，并将得到的P丽控制信 号输送给变频器主电路。 上述所说的变频器主电路(见图2)由3N个功率单元组成，每个功率单元均是一 个单相输出的AC/DC/AC变频器，相邻的N个功率单元的输出端级联组成一相，三相以星形 结构连接；所说的每个功率单元的输入端分别连接控制电路输出端。 上述所说的控制电路(见图3)包括DSP主控板和FPGA板，其中所说的DSP主 控板的输出端与FPGA板的输入端连接，采用DSP与FPGA联合控制，DSP采用TI公司的 TMS320LF2812芯片，FPGA采用Altera公司的Cyclone芯片。 上述所说的采样电路由采集电压信号的A/D转换模块、采集电流信号的A/D转换 模块和采集频率信号的A/D转换模块构成，且A/D转换模块采用AD7684型号，其连接为常 规连接。 —种上述基于移相式SVP丽调制方法的级联多电平变频调速系统的工作方法，其 特征在于它包括以下步骤 (1)采样电路在变频器主电路输出端检测电压、电流和频率信号，并把这些信号送 入到以DSP为核心的控制电路中； (2)DSP主控板实现电压前馈解耦型矢量控制，并计算出一个三电平变频单元的矢 量，并输出P丽信号； (3) FPGA板接收DSP主控板的P丽信号并对其移相，实现移相式SVP丽输出，从而 控制功率开关器件的触发角和关断角，使各个功率单元输出相位相差n /N、幅值完全相同 的电压； (4)变频调速系统主电路的各功率单元接收控制电路输出的SVP丽信号进行动 作，各个功率单元输出的电压经过叠加形成不同频率和幅值的正弦电压，直接输出供给电 动机，从而实现变频调速功能。
权利要求
一种基于移相式SVPWM调制方法的级联多电平变频调速系统，包括工频电源、异步电机，其特征在于它主要由变频器主电路、控制电路和采样电路构成；其中，所说的变频器主电路和控制电路由工频电源为其供电，所说的变频器主电路的输入端还与控制电路的输出端连接，其输出端与采样电路的输入端、异步电机的输入端连接；所说的控制电路的输入端与采样电路的输出端连接，输入采样信号，并将得到的PWM控制信号输送给变频器主电路。
2. 根据权利要求1中所述一种基于移相式SVP丽调制方法的级联多电平变频调速系 统，其特征在于所说的变频器主电路由3N个功率单元组成，每个功率单元均是一个单相输 出的AC/DC/AC变频器，相邻的N个功率单元的输出端级联组成一相，三相以星形结构连接； 所说的每个功率单元的输入端分别连接控制电路输出端。
3. 根据权利要求1中所述一种基于移相式SVP丽调制方法的级联多电平变频调速系 统，其特征在于所说的控制电路包括DSP主控板和FPGA板，其中所说的DSP主控板的输出 端与FPGA板的输入端连接，采用DSP与FPGA联合控制，DSP采用TI公司的TMS320LF2812 芯片，FPGA采用Altera公司的Cyclone芯片。
4. 一种上述基于移相式SVP丽调制方法的级联多电平变频调速系统的工作方法，其特 征在于它包括以下步骤(1) 采样电路在变频器主电路输出端检测电压、电流和频率信号，并把这些信号送入到 以DSP为核心的控制电路中；(2) DSP主控板实现电压前馈解耦型矢量控制，并计算出一个三电平变频单元的矢量， 并输出P丽信号；(3) FPGA板接收DSP主控板的P丽信号并对其移相，实现移相式SVP丽输出，从而控制 功率开关器件的触发角和关断角，使各个功率单元输出相位相差n/N、幅值完全相同的电 压；(4) 变频调速系统主电路的各功率单元接收控制电路输出的SVPWM信号进行动作，各 个功率单元输出的电压经过叠加形成不同频率和幅值的正弦电压，直接输出供给电动机，从而实现变频调速功能。
全文摘要
一种基于移相式SVPWM调制方法的级联多电平变频调速系统，它由变频器主电路、控制电路和采样电路构成；其工作方法为①检测信号；②电压前馈解耦型矢量控制，输出PWM信号；③移相式SVPWM输出；④各个功率单元输出的电压经过叠加形成不同频率和幅值的正弦电压，输出给电动机，实现变频调速功能；其优越性为①提高了变频器输出电压的电能质量，提高了电动机的响应速度和精度；②输出电压效率较高；③电压利用率较高。
文档编号H02P21/00GK101699765SQ20091022807
公开日2010年4月28日 申请日期2009年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者刘欣, 周宣征, 周雪松, 张海涛, 朱毅然, 谷海青, 马幼捷, 齐鸣 申请人:天津理工大学