新型非PWM功率单元在完美无谐波高压变频器中的应用

新型非PWM功率单元在完美无谐波高压变频器中的应用

　　普通高压变频器中每个单元输出的pwm波的调制机理是由正弦波作信号波，三角波作载波调制产生的。而非pwm功率的实现思想则迥然不同，在每个单元采用频率不变，幅值变化的矩形波作载波，来调制输出所需要的非pwm波。

　　我们对额定输出电压为10kv的变频器进行了计算机仿真，每相由九个额定电压为650v的功率单元串联而成，输出相电压最高可达5850v，线电压可达10kv左右。非pwm功率单元的仿真电路如图4所示，仿真结果如图5所示。

　　由仿真结果可以看出，这种新型非pwm功率单元可以输出较之普通pwm功率单元更加完美的正弦波形。

　　3.3 非pwm功率单元的实现方法

　　控制系统中采用数字信号处理器dsp。dsp是一种具有特殊结构的微处理器，dsp芯片的内部采用程序区和数据区分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的dsp指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。系统控制电路中的主控部件采用tms320lf2407dsp芯片，多片dsp协同作业，通过控制器局域网（can）进行相互间的通讯联系，完成控制参数的传递，从而实现移相式npwm脉冲的触发，并且能够对各种故障中断做出及时地处理。

　　以额定输出电压为10kv的高压变频器为例，整个控制系统的实现方法如下：

　　系统采用的是主从多cpu控制系统。控制电路组成如图6所示。

　　假设实际主电路的每相为5单元串联结构，整个电路共有15个功率单元。对于各相中同一位置的3个功率单元，采用1片dsp进行控制，这样15个功率单元可以由5片dsp构成5个对称的子系统。再使用1片dsp作为主控芯片，对控制信号进行采样和运算以及必要的信息处理。对于每个子系统中的三个功率单元使用相同的载波信号，正弦调制波信号互差120°电角度;每相的5个功率单元共用1个正弦调制波信号。子系统时钟由主控单元给出，通过光纤传送，从而保证整个系统的时钟一致，不至于发生漂移。子控芯片根据给定的步长参数可以确定正弦调制波的频率，从而可以决定输出电压的频率。子控制系统同时还要对功率单元进行必要的保护。由于变频器系统的保护信号比较多，并且保护方式也不尽相同，在本设计中主要考虑的保护信号有：过流、过压、欠压和过热。在这4种典型故障情况下，子cpu将封锁其输出的全部npwm触发信号，同时向主cpu发出必要的信息，使其能够对发生的情况做出必要的响应和处理，并通过人机界面显示出故障情况。主控dsp主要负责对给定信号以及反馈信号的采样、实时计算、v/f查表求值、pi算法控制等等，并且通过数据和地址总线以及串行通讯接口与人机接口系统相连，从而完成信息的接收和显示。同时它还要对由子系统发送的信息进行分析和处理，监测系统的运行状况。同时，主控芯片将对电机回路进行必要的保护和处理。这样可以更加充分地发挥dsp处理器的强大的运算和实时处理能力。

　　主控芯片与从控芯片通过控制器局域网（can）相互连接。从而完成相互之间的一些必要的信息和数据的传送。在本系统中涉及到的需要传送的信息和数据主要有：调制频率信号、调制深度系数、比较输出控制字、保护中断信息以及初始化设定值信息等等。

　　采用这种控制电路，既保证了系统的功能实现和稳定运行，又有效地节约了设备成本，并且具有较强的功能扩展和升级能力。

       4 结束语

　　与传统的高压变频器pwm功率单元相比，非pwm功率单元在输入、输出波形和控制性能等方面有了进一步的完善，在抗电网污染和抗电磁干扰方面更较之pwm功率单元更胜一筹，具有较高的市场应用价值。