基于DSP的高壓變頻器控制方法分析

聶夢麒　郝成

摘 要：主要介紹了一種基于32位DSP芯片TMS320F2808的高壓變頻器電流電壓采樣電路，詳細(xì)闡述了該采樣電路的工作原理及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。講述了高壓變頻器的電路特點及其性能，針對性的設(shè)計了變頻器高壓側(cè)電壓電流采樣電路，該電路設(shè)計中主要包括輸入輸出電壓取樣電路，輸入輸出電流采樣電路，DSP控制部分，最后通過對A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的分析，表明該設(shè)計能夠檢測得出有效的高壓變頻器三相輸入輸出信號，具有一定的實際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：DSP；高壓變頻器；控制方法

通過現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)提高電機(jī)的控制性能，從而提高電機(jī)的運(yùn)行效率，符合大力倡導(dǎo)“節(jié)能減排”的社會發(fā)展趨勢。很多國際知名公司（如Microchip，TI，ADI等）均先后向市場推出電機(jī)專用控制DSP芯片，實現(xiàn)DSP功能特點的同時融合了單片機(jī)的控制功能，集成了多種電機(jī)外圍控制電路，如定時計數(shù)電路、單相或三相可編程PWM電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、CAN總線收發(fā)電路、異步通信電路等。在電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，采取DSP數(shù)字控制技術(shù)，能夠快捷地完成具有高性能的電機(jī)嵌入式的控制方案，從而有效降低研發(fā)成本，縮短設(shè)計周期。

1 從硬件方面分析

1.1 單元串聯(lián)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

該種結(jié)構(gòu)的高壓變頻器將多個相獨立的低壓功率電平串聯(lián)起來，從而實現(xiàn)高壓輸出。電網(wǎng)電壓經(jīng)過二次側(cè)多重化的隔離變壓器降壓后給功率單元供電，功率單元為三相輸入、單相輸出的交一直一交PWM電壓源型逆變器結(jié)構(gòu)，將相鄰功率單元的輸出端串接起來，形成Y聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)變頻變壓的高壓直接輸出，供給高壓電動機(jī)。每個功率單元分別由輸入變壓器的一組二次繞組供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。

對于帶分離直流電源的串聯(lián)型多電平逆變器來說，要獲得更多的電平只需將每相所串聯(lián)的單元逆變橋數(shù)目同等增加即可。一般二極管鉗位式、電容鉗位式限于七或九電平，串聯(lián)型結(jié)構(gòu)因無二極管和電容的限制，電平數(shù)可較大，適合更高電壓，諧波含量更少。

1.2 輸入輸出電壓采樣電路

由圖1可知，該高壓變頻器輸入輸出端有電壓采集單元，該單元采用高壓大電阻限流方式，將高壓信號轉(zhuǎn)換為小電流信號輸給圖1所示電壓采樣電路，該電路含電流轉(zhuǎn)電壓一射極跟隨一電平轉(zhuǎn)換一限幅保護(hù)四大功能，如圖1所示，處理后電壓范圍為0-3V，進(jìn)行A/D采樣。

2 DSP功能實現(xiàn)

2.1 DSP功能

DSP功能實現(xiàn)原理框圖如圖2。DSP芯片能夠完成輸入輸出電壓及電流的采樣和A/D算法，能夠測算出電壓頻率，并與主控制芯片建立CAN通信，同時在調(diào)試過程中與上位機(jī)建立485通訊通道，此外，還外接有繼電器、光耦等器件。

2.2 控制方法硬件功能實現(xiàn)

單元串聯(lián)變頻器的工作原理是串聯(lián)多個功率單元，從而實現(xiàn)高電壓輸出，輸出波形的改善可以通過串聯(lián)的單元多電平逆變技術(shù)來實現(xiàn)，然而功率單元如何合理分配出力這一新問題需進(jìn)一步解決。這就要求PWM調(diào)制時，既要控制輸出波形諧波，又要合理分配各單元出力?，F(xiàn)階段應(yīng)用和研究中的多電平控制方案種類較多，并且采用不同的PWM控制方案時，多電平逆變器的性能相差甚遠(yuǎn)。目前應(yīng)用最為廣泛的PWM控制方案為載波調(diào)制及空間矢量調(diào)制兩種，關(guān)于兩者的研究和報告也最多。這兩種方法的控制效果差異明顯，如電壓利用率和諧波含量等性能截然不同。

與常規(guī)的兩電平逆變器不同的是，多電平逆變器因其特殊的調(diào)制方案，使得該逆變器在實際應(yīng)用時產(chǎn)生復(fù)雜的脈沖分配，然而現(xiàn)有的DSP（數(shù)字信號處理器）因其接口限制只能用于常規(guī)的兩電平逆變器。這就是為什么采用DSP的逆變器器件之間出現(xiàn)驅(qū)動脈沖接口問題。

3 結(jié)束語

目前，高壓變頻器技術(shù)還處于快速發(fā)展階段，其發(fā)展方向是性能更可靠、成本更低、效率及輸入功率因數(shù)更高、諧波更低等。近來在高壓變頻器控制技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展較為迅速的是級聯(lián)型多電平高壓變頻器，這是因為其具有輸出波形好、輸入功率因數(shù)高、輸入輸出諧波小等優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]李全利，王振春.一種基于DSP的三相交流采樣技術(shù)[J]自動化技術(shù)與應(yīng)用，2008（12）.

[2]何湘，陳阿蓮.多電平變換器的理論和應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.