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基于DSP的高频数字逆变器的设计与研究

作　者: 王辉
导　师: 董学仁
学　校: 济南大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: SVPWM DSP 软开关逆变器 PMSM
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

当前，随着电力电子技术的发展，变流装置正向着小型、高效及高频的方向发展。由于传统硬开关逆变器存在着开关应力以及损耗大、开关频率低和谐波干扰大等问题。并且受散热系统设计的限制，硬开关方式下的开关频率难以获得显著提高。又因软开关技术具有开关损耗显著降低、开关频率显著增大及电磁干扰显著减小的优势，故可用于解决以上问题，为此软开关技术已逐渐成为变流技术的重要研究方向。本文主要研究软开关技术在PWM逆变器拓扑中的应用，采用软开关技术之中的零电压转移软开关技术（ZVT, Zero-Voltage-Transition）中的辅助谐振换流极(AuxiliaryResonant Commutated Pole，ARCP)软开关技术。此软开关拓扑的优点为：辅助桥臂的控制策略与主逆变桥的控制方法相互独立互不干扰，基本上能够消除主逆变桥的开关管的开通损耗，使逆变器系统对散热系统及滤波系统的要求降低，并能够改善逆变器的输出状况。本文首先介绍了软开关技术的研究现状，然后详细分析了采用辅助谐振换流极(ARCP)软开关技术的逆变电路拓扑a相的工作过程，并对a相的工作过程在matlab/simulink下进行了仿真。然后对软开关逆变器的控制系统进行了设计，并确定了辅助谐振开关的控制策略。在不同的死区时间、预充电时间、辅助开关占空比、分压电容及负载电流等参数下针对各参数对软开关逆变器的影响进行了仿真分析。计算了主电路还有谐振电路相关参数，然后选取了相关的原件，设计了各开关管的驱动电路、参数检测电路以及其他相关的硬件电路，在DSP上对相关程序模块进行了测试，系统软开关过程基本得到实现。最后研究了软开关逆变器在PMSM交流伺服驱动系统中的作用，分析了交流变频速度控制系统的原理，在matlab/simulink里对交流伺服速度控制系统做了仿真分析；验证了电机使用id=0的矢量控制算法的时侯，选取软开关逆变器组成的交流伺服速度控制系统的可行性。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第一章绪论  11-19
  1.1 课题研究的背景及意义  11-12
  1.2 软开关逆变技术现在的状况  12-16
    1.2.1 当前软开关逆变技术的研究情况  12-15
    1.2.2 谐振极软开关逆变技术的研究  15-16
  1.3 课题的主要目的和研究内容  16-17
  1.4 本章小结  17-19
第二章基于软开关技术的逆变电路拓扑的工作原理  19-35
  2.1 软开关 PWM 逆变器主电路拓扑  19
  2.2 软开关 PWM 逆变电路基本工作原理及过程分析  19-31
    2.2.1 辅助谐振换流极（ARCP）换流过程分析  21-25
    2.2.2 ARCP 辅助换流过程分析  25-27
    2.2.3 关于电容换流阶段的剖析  27-31
  2.3 基于 ARCP 技术的单相软开关逆变电路工作过程仿真分析  31-33
    2.3.1 仿真模型构建  31
    2.3.2 仿真结果及分析  31-33
  2.4 直流侧电容的计算取值原则  33-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章软开关逆变器的控制系统设计  35-49
  3.1 ARCP 软开关逆变器控制系统的硬件构成概述  35-37
    3.1.1 TMS320F28335 数字信号处理器  35-36
    3.1.2 DSP 的主要特点  36-37
    3.1.3 TMS320F28335 的增强型外设 ePWM 和 eCAP  37
  3.2 辅助谐振开关控制策略  37-41
  3.3 PWM 定时器中断程序  41-46
    3.3.1 SVPWM 原理  42-43
    3.3.2 SVPWM 的实现过程  43-46
  3.4 A/D 采样模块  46-47
  3.5 主程序模块  47
  3.6 故障检测与处理  47-48
  3.7 本章小结  48-49
第四章软开关逆变器各不同参数的仿真结果与分析  49-59
  4.1 ARCP 软开关逆变器的仿真研究  49
  4.2 预充电时间 t_(pre)对软开关实现的影响  49-51
  4.3 死区时间 t_(dead)对软开关性能的影响  51-52
  4.4 分压电容 Cs 对软开关实现的影响  52-54
  4.5 辅助开关 S_r的开通时间对软开关实现的影响  54-56
  4.6 负载电流 I_0对软开关实现的影响  56-58
  4.7 本章小结  58-59
第五章软开关逆变器的硬件设计  59-73
  5.1 三相逆变器参数计算及元器件选择  59-63
    5.1.1 三相逆变桥主要功率器件的计算与选择  59-60
    5.1.2 谐振电路参数取值  60-61
    5.1.3 直流侧电容（Cs）的选取  61
    5.1.4 TMS320F28335 的最小应用系统  61-63
  5.2 功率驱动电路  63-67
    5.2.1 辅助开关管的驱动电路  63-65
    5.2.2 主开关管驱动电路  65-67
  5.3 检测电路  67-69
    5.3.1 交流电流检测电路  67
    5.3.2 交流电压检测电路  67-68
    5.3.3 直流电压检测电路  68
    5.3.4 温度检测电路  68-69
  5.4 DSP 相关实验  69-72
    5.4.1 A/D 转换  69-70
    5.4.2 SVPWM 脉冲的产生  70-71
    5.4.3 辅助谐振开关控制策略的实现  71-72
  5.5 本章小结  72-73
第六章 PMSM 交流伺服驱动速度控制系统的分析  73-79
  6.1 使用软开关逆变器的 PMSM 交流伺服驱动系统  73-75
    6.1.1 PMSM 交流伺服驱动系统的基本构成  73-74
    6.1.2 在伺服驱动系统中软开关逆变器的功能  74-75
  6.2 PMSM 交流伺服驱动系统速度控制的工作原理  75
  6.3 采用软开关逆变器的交流伺服驱动速度控制仿真  75-78
    6.3.1 仿真模型的建立  75-76
    6.3.2 系统仿真结果及分析  76-78
  6.4 本章小结  78-79
第七章结论与展望  79-81
  7.1 结论  79
  7.2 展望  79-81
参考文献  81-85
致谢  85-87
附录 A：在校期间发表论文及参加项目  87-89
附录 B：系统相关电路图  89-90

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