级联五电平变频器的应用研究

• 作 者: 齐鸣
• 机 构: 天津理工大学
• 出 处: 天津理工大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 电力拖动 交流电机 电机控制 变频调速

在电力系统中，电动机是主要的动力设备，它在工农业生产、国防、科技及社会生活等各个方面中都有着广泛的应用。而交流电机在电动机中占据主要部分，工业生产中的电量大部分是通过交流电机加以利用的。因此，作为交流调速中重要部分的变频调速就变得越来越重要。随着电气传动技术的不断发展，高压大功率变频器的研究也越来越受到人们的关注。变频器的应用，不但可以节能，更可以提高整个系统的性能，改善工艺条件，提高生产效率，降低生产成本，因此，其应用的前景是非常广阔的。级联多电平功率变换技术可以通过利用H桥直接串联叠加的办法，利用耐压值较低的全控型电力电子器件实现高压大功率变换，并且还能有效地减少PWM控制时产生的高次谐波，降低开关频率。由于其主电路易于扩展，级联多电平功率变换技术在电力系统无功补偿和高压大功率交流电机的变频调速领域中有着广泛的应用前景。　　
本文介绍了变频器工作原理，包括通用变频器工作原理以及级联多电平变频器工作原理。在此基础上，对级联多电平变频器的电路结构进行分析，选定本课题的系统结构，然后针对所选择的电路结构在MATLAB仿真系统中搭建仿真模型并进行仿真分析。在对级联多电平变频器仿真分析的基础上，对其进行了硬件系统的搭建，主要包括：变频器的主电路设计、DSP（数字信号处理器）与IPM（智能功率模块）接口电路的设计、IPM外围保护电路的设计、缓冲启动电路的设计、IPM的电源及稳压电路的设计，模拟信号调理电路的设计。在软件方面，以TI公司的TMS320F2812型工业控制专用32位定点DSP芯片作为控制核心，利用芯片上的资源，编写级联五电平变频器的软件控制程序，并在DSP实验平台对其进行实验验证。本文在硬件和软件方面的工作，为级联多电平变频器的最终构建打下了一定的基础，为后续工作提供了参考和借鉴。介绍了利用混沌理论的内在随机性和均匀分配性对级联多电平变频器的直流侧电容和开关器件进行均衡控制的原理及仿真实验。由仿真实验结果及分析可以得出，采用混沌理论的级联多电平变频器均衡控制可以达到对级联多电平变频器的直流侧电容和开关器件进行均衡利用的目的。