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1、华中科技大学 硕士学位论文 三电平逆变器SVPWM控制策略的研究 姓名 刘亚军 申请学位级别 硕士 专业 控制理论与控制工程 指导教师 程善美 20080604 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 摘摘 要要 三电平逆变器输出由于具有更高的电能质量 更低的谐波含量 更好的电磁兼 容性以及更低的开关损耗等优点 在中高压大容量交流调速领域得到了广泛的应用 但是 三电平逆变器也存在不少关键问题 如三电平算法的简化问题 过调制区中 点电压控制问题 以及在高压运行时系统的稳定性问题 鉴于以上存在的问题 本 论文深入地研究了三电平逆变器的结构 原理 控制策略 电容中点电
2、压的控制 死区补偿 过调制处理以及 SVPWM 算法的实现 论文在论叙二极管箝位三电平逆变器的结构和工作原理的基础上 分析了三电 平逆变器的SVPWM调制策略 提出了一种实用的易于数字化实现的三电平SVPWM 算法 在该算法的基础上通过修改小矢量的作用时间给出了基于滞环控制和 PI 控制 的电容中点电压控制策略 并得到了很好的效果 同时 论文对三电平逆变器的死 区补偿和过调制处理进行了深入的研究 并且提出了一些新的方法来解决在过调制 情况下的中点电压平衡问题 研究了三电平逆变器的死区实现方案和补偿策略 仿 真实验证实了所提出的策略达到了预定的效果 为了验证所提出的三电平 SVPWM 算法 本文
3、在 MATLAB 下建立了基于三电平逆变器的感应电动机 V F 控制系统和矢 量控制系统 仿真结果验证了所提出的三电平空间矢量 PWM 算法是可行有效的 论文对三电平逆变器的 SVPWM 算法的实现进行了研究 基于 DSP 和 CPLD 提 出了两种实现方法 一种是采用数字信号处理器 TMS320LF2407A 中的两个事件管 理器巧妙实现了三电平 SVPWM 算法 另一种是利用 TMS320LF2407A 和 EPM240T100C5 组成组合逻辑来实现 实验结果进一步证实了所做的研究工作和所 提出的算法是实际可行的 关键词关键词 三电平逆变器 SVPWM 算法 中点电压控制 死区补偿 过调
4、制 I 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 Abstract Because of the superiority such as higher power quality lower harmonic components better electromagnetic compatibility and lower switching losses in its output three level inverter is applied widely in high voltage and high power applications However
5、there are many key problems in the three level inverter such as simplifying the algorithm of three level the neutral point fluctuation in overmodulation region and the stability issues of the system in the high voltage performance In light of the above existing problems the thesis thoroughly investi
6、gates the structure principle control strategies neutral point balancing dead time compensation overmodulation and the realization of SVPWM algorithm in the diode clamped three level inverter On the basis of describing the structure and principle of diode clamped three level inverter the thesis anal
7、yzes the SVPWM modulation strategies of three level inverter and proposes the SVPWM algorithm which is practical and easily digital realization It proposes a neutral point control strategy based on hysteresis control and PI control through modifying the working time of small vector on the basis of t
8、he algorithm and achieves a good result At the same time the thesis completely investigates the dead compensation and overmodulation in three level inverter and proposes a new scheme to solve the neutral point unbalancing for operating a three level inverter in overmodulation region It also investig
9、ates the schemes of dead time setting and the dead compensation The simulation results confirm that the proposed strategy achieve the intended results In order to verify the proposed three level SVPWM algorithm this thesis based on MATLAB software establishes induction motor V F control system and v
10、ector control system which is based on three level inverter and the simulation results show the proposed three level space vector PWM algorithm is feasible and effective In this thesis the realization of the SVPWM algorithm for three level inverter has been studied and two methods based on the DSP a
11、nd CPLD are proposed One method achieves skillfully the three level SVPWM algorithm by making use of two events manager of the digital signal processor TMS320LF2407A another is the use of II 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 TMS320LF2407A and EPM240T100C5 logic combination to realize the algorithm
12、 The experimental results verify further that the research work and the algorithm proposed is practical Keywords Three level inverter SVPWM algorithm neutral point voltage control dead time compensation overmodulation III 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的 研究成果 尽我所知 除文中已标明引用的内容外 本论文不包含任何其
13、他人或集 体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出贡献的个人和集体 均已在文 中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权华中科技大学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检 索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保 密 在 年解密后适用本授权数 本论文属于 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名 指导教
14、师签名 日期 年 月 日 日期 年 月 日 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 1 绪 论1 绪 论 传统的两电平逆变器的主要优点是主电路拓扑结构 控制策略和实现方法比较 成熟 但在大功率运用中存在许多问题 需要笨重 耗能 昂贵的变压器 为了得 到高质量的输出波形而提高开关频率 造成了很高的开关损耗 而为了适应高电压 的要求 需要采用器件串联 因而需要复杂的动态均压电路 均压电路使系统复杂 化 损耗增加 效率下降 1 由于以上的不足 1981 年日本学者Nabae A等人提出了三电平的拓扑结构 并提 出了多电平逆变器 Multilevel inverter
15、的思想 即由几个电平台阶合成阶梯波以逼 近正弦波输出电压 2 从此多电平逆变器作为一种新型的高压大容量功率逆变器 从 电路拓扑结构入手 在得到高质量的输出波形的同时 不管何种拓扑结构的多电平 与两电平相比 都有一些共同的优点 无需输出变压器和动态均压电路 开关频率 低 因而开关器件承受的电压应力小 可避免大的所导致的各种问题 提高了 开关管的工作寿命 du dt 3 尤其是八十年代以来 以IGBT为代表的第三代电力电子器件 以及以DSP CPLD和FPGA为代表的智能控制芯片的普及 为这种新型的多电平逆 变器的研究和实际应用提供了必要的物质基础 4 1 1 多电平变换器的发展多电平变换器的发展
16、 一般认为 多电平逆变器是建立在三电平逆变器的基础上的 按照类似的拓扑 结构拓展而成 电平数越多 所得到的阶梯波电平台阶越多 从而越接近正弦波 谐波成分越少 但这种理论上可以达到任意N电平的多电平逆变器 在实际应用中由 于受到硬件条件和控制复杂性的制约 通常在追求性能指标的前提下 并不追求过 高的电平数 而以三电平最为实际 国外也有对十一电平的研究 但都还不成熟 特别受硬件条件和控制性能的限制 还处于理论研究阶段 5 多电平逆变器的思想提出至今 出现了许多电路拓扑结构 但归纳起来主要有 三种 1 中点箝位型 Neural Point Clamped简称NPC 多电平逆变器或二极管箝 1 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 位 Diode Clamped 多电平逆变器 2 飞跨电容型 Flying Capacitors 多电平逆 变器 3 具有独立直流电压源的级联型逆变器 Cascaded inverters 飞跨电容型 逆变器由于电容的原因应用得非常少 中点箝位型 NPC 多电平逆变器和级联型 逆变器应用得比较广泛 6 多电平逆变器拓扑结构与普通两电
