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《中南林业科技大学》 2013年
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级联型高压变频器核心控制芯片的研制

袁洋波  
【摘要】:能源短缺和环境污染是当前一个世界性的难题,节能是关乎到整个社会的事情。当前工业生产中,风机、水泵、压缩机等负载大量被使用,开发高压多电平变频节能装置并推广使用,对降低我国的工业能耗有着重大的经济与社会意义。功率单元级联式多电平变频器具有输入功率因数高,对电网谐波污染小,输出波形好等优点,在高压电机节能调速领域有着无可比拟的优势。 本文从变频器的基本构成入手首先介绍了高压变频调速技术的发展情况、高压变频调速的基本类型以及其在工业领域的应用情况,然后介绍了高压变频器朝着高耐压、大容量、智能化、可靠性、绿色化的发展趋势。分析了级联型高压变频器电路的拓扑结构、功率单元拓扑结构及其工作原理,与两电平和三电平变频器相比,级联型高压变频器输出电压电平数更多、电压梯度变化更小、波形更接近于正弦波。对各种多电平变频器的控制策略进行了详细研究,分析比较了包括阶梯波脉宽调制、空间矢量SVPWM等控制策略,进而对载波移相SPWM进行了理论分析,从载波移相SPWM的技术原理切入,对其进行了数学分析。包括谐波分析,载波移相角与级联个数的关系,移相角的输出性能关系等。进而提出了三角载波幅度调制与正弦调制波幅度调制等效原理,采用该原理的硬件电路不再需要改变正弦波的幅值,取而代之的是改变三角波的幅值,这种方式比改变正弦波幅值所需要的时间少很多,从而提高了芯片的时间分辨率。 在MATLAB中建立了级联型高压变频器仿真系统,给出了详细的封装、建模过程,以载波移相SPWM技术作为控制方法进行仿真,验证了理论分析中的各项结论。同时通过仿真验证了三角载波幅值调制方法与传统正弦波幅值调制法的等效性。最后结合时分复用技术设计了级联型高压变频器核心控制芯片,给出了电路的部分软硬件设计。对多路高速SPWM触发电路的FPGA实现,分模块做了详细的原理说明,并给出了部分VHDL代码。设计出的高压变频器控制芯片的实验波形良好,通过现场测试满足性能指标,可以良好的运行于现场。
【学位授予单位】:中南林业科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TN773

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