基于DSP三电平逆变器控制装置设计

中国矿业大学本科生毕业设计姓名：吴轩钦吴轩钦吴轩钦吴轩钦学号：：：：04021622040216220402162204021622学院：信息与电气工程学院信息与电气工程学院信息与电气工程学院信息与电气工程学院专业：电气工程与自动化电气工程与自动化电气工程与自动化电气工程与自动化设计题目：基于基于基于基于DSPDSPDSPDSP三电平三电平三电平三电平逆变器控制装置设计逆变器控制装置设计逆变器控制装置设计逆变器控制装置设计专题：指导教师：谭国俊谭国俊谭国俊谭国俊职称：教授教授教授教授2006年6月徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院信息与电气工程学院专业年级电气02-9学生姓名吴轩钦任务下达日期任务下达日期任务下达日期任务下达日期：：：：2006年年年年2月月月月20日日日日毕业设计日期毕业设计日期毕业设计日期毕业设计日期：：：：2006年年年年2月月月月20日日日日至至至至2006年年年年6月月月月20日日日日毕业设计题目毕业设计题目毕业设计题目毕业设计题目：：：：基于DSP三电平逆变器控制装置设计毕业设计专题题目毕业设计专题题目毕业设计专题题目毕业设计专题题目：：：：毕业设计主要内容和要求毕业设计主要内容和要求毕业设计主要内容和要求毕业设计主要内容和要求：：：：1、掌握TMS320F2812DSP原理及PWM产生原理和器件的使用方法2、设计DSP三电平控制硬件电路和控制算法3、实现三电平控制波形输出4、翻译电气自动化方面专业外文资料约5000字（近五年）院长（系主任）签字：指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语指导教师评语指导教师评语指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答辩情况回答问题提出问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日摘摘摘摘要要要要多电平逆变器由于具有效率高动态性能好，对电动机产生的谐波较少，适合高压大容量等优点，在高压大容量交流调速领域得到了广泛的运用。本文对多电平变换器的控制技术和装置的发展应用和发展前景进行了综述。论文首先详细地介绍了两电平逆变器的工作原理，并在此基础上研究了三电平逆变器电压空间矢量调制技术的基本原理，分析了电压空间矢量调制算法相对于其它方法的优点。同时研究了三电平逆变器的工作原理，详细分析了三电平逆变器直流侧电容电压不平衡问题的产生。采用新型电压空间矢量脉宽调制算法将三电平逆变器电压空间矢量平面简化至两电平逆变器电压空间矢量平面，此算法大大减小了计算量，并可利用成熟的两电平的控制算法进行分析、控制，方便地进行编程实现。采用基于检测直流侧电容电压调整中点电位方法即改变小矢量作用时间的方法来抑制中点电位波动，用此方法开关损耗大大减小，而且很好地控制了中点电位。实验验证了该SVPWM调制算法的正确性。另外，采用TI公司的TMS320F2812DSP作为信号处理器件，完成了大部分软件的编制，并完成了系统硬件电路的设计。通过实验获得了触发脉冲和电压、电流波形。关键词：三电平逆变器；空间矢量脉宽调制；SVPWM；DSPABSTRACTAsmultilevelinvertershavethemeritsofhighefficiency,gooddynamicalperformance,producinglessharmonicwavetoelectromotor,andfittinginthehigh-voltagehigh-powerfields,theyarewidelyusedinthefieldsofhigh-voltagehigh-powerinvertersforspeedcontrolapplication.Inthispaper,thecontroltechniqueofmultilevelinvertersandtheapplicationforegroundofthecontrollersareoverviewed,andtheworkprincipleoftwolevelsinvertersisintroducedindetail.Basedonit,thebasicprincipleofthevoltagevectormodulatingtechniqueofthree-levelinverterisstudied,andtheadvantageofthevoltagevectormodulatingcalculationcomparingwithothermethodsisanalyzed.Atthesametime,thecontrollingalgorithmofthree-levelinverterisstudiedindetail,andtheimbalanceproblemofcapacitivevoltageindcsideisanalyzedaswell.Inordertoreducethecalculation,anovelsimplifiedspace-vectorpulsewidthmodulation(SVPWM)algorithmisproposed.Itsimplifiesthespace-vectormodulealgorithmofathree-levelinverterintothatofatwo-levelinverter.Furthermore,amaturetwo-levelinvertercontrolalgorithmcanbeusedtoanalyzeandcontrolsoastobeprogrammedconveniently.Therestrainofbalancevoltagefluctuationisrealizedbydetectingdcsidecapacitivevoltagetoadjustbalancevoltage,namely,modifyingoperatingtimeofsmallnessvectors.Throughthismethod,theswitchinglossisconsiderablyreduced,andneutral-pointvoltageiscontrolledcommendablyaswell.TheexperimentverifiestheeffectivenessofSVPWMmodulatingalgorithm.ThedesignofthesystemsoftwareandhardwarebasedonTMS320F2812DSP(TI)arerealized.Thetriggerpulses,voltage,andcurrentwaveformobtainedintheexperimentarepresentedinthepaper.Keywords：：：：three-levelinverter;space-vectorpulsewidthmodulation;SVPWM;DSP目录1绪论…………………………………………………………………………11.1电力电子技术发展……………………………………………………11.2电力电子技术发展前景和研究课题…………………………………21.3多电平逆变器技术简介及发展前景…………………………………21.4三电平逆变器控制策略综述…………………………………………41.5本文研究的主要内容…………………………………………………52电压空间矢量PWM技术…………………………………………………52.1空间矢量定义…………………………………………………………52.2电压与磁链空间矢量的关系…………………………………………62.3SVPWM与SPWM的调制度的分析…………………………………92.4两电平逆变器的电压空间矢量PWM算法………………………113三电平逆变器运行原理及其空间矢量PWM技术………………………203.1引言……………………………………………………………203.2三电平逆变器运行原理……………………………………………213.3基于PWM分解的三电平逆变器SVPWM的DSP实现…………313.4三电平逆变器直流侧中点电位波动问题的分析及解决…………343.4.1三电平逆变器直流侧中点电位波动问题的分析……………343.4.2三电平逆变器直流侧中点电位波动问题的解决……………373.5死区脉冲封锁………………………………………………………384基于DSP三电平逆变器控制装置的主回路设计………………………404.1引言…………………………………………………………………404.2系统整体框架………………………………………………………414.2.1以IPM为功率器件的逆变电路的设计……………………424.3主回路方案…………………………………………………………434.3.1主回路选型…………………………………………………445控制系统设计……………………………………………………………525.1引言…………………………………………………………………525.2数字信号处理芯片（DSP）的选用及相关模块简介……………535.2.1基于TMS320F2812的中断操作……………………………535.2.2事件管理器模块……………………………………………535.3控制系统硬件设计…………………………………………………545.3.1控制板电源设计……………………………………………555.3.2控制系统PCB的设计………………………………………555.4控制系统软件设计…………………………………………………555.4.1系统中所用时钟的说明……………………………………555.4.2设置变频器输出频率参数计算……………………………565.4.3软件设计……………………………………………………566系统运行结果及实验波形分析…………………………………………586.1实验对象及参数……………………………………………………586.2实验结果……………………………………………………………596.2.1PWM波形的生成……………………………………………596.2.2三电平逆变器接电阻负载…………………………………606.2.3三电平逆变器接鼠笼异步电动机负载……………………626.3实验结果分析………………………………………………………637结论………………………………………………………………………63参考文献……………………………………………………………………65附录一………………………………………………………………………66附录二………………………………………………………………………71中文译文……………………………………………………………………85英文原文…………………………………………………………………103致谢…………………………………………………………………………122中国矿业大学2006届本科生毕业设计第1页1绪论绪论绪论绪论[7][8][14]1.1电力电子技术发展电力电子技术是信息流和物质/能量之间的重要纽带，尽管当前信息技术和微电子技术正领导着新技术的发展潮流，但如果没有电力电子变换，则信息只能是信息，不可能真正用来控制物质生产。现在电力电子技术正处于壮年期，新的器件和变换技术仍在不断涌现出来。电力电子技术的发展已经