一种混合十一电平高压变频器制造技术

本发明专利技术公开了一种混合十一电平高压变频器。该混合十一电平高压变频器包括移相变压器、功率单元、主控单元、信号检测单元和驱动单元；所述移相变压器和所述功率单元构成系统主电路；所述信号检测单元用于采样永磁同步电机转子的位置和定子电流；所述主控单元用于实现电流坐标变换、转速电流双闭环控制；所述驱动单元用于将DSP输出的PWM信号进行隔离放大、驱动功率开关管。本发明专利技术通过在主电路中每一相使用九个开关管，输出相电压能够达到十一电平，接近正弦波，比传统混合多电平的电平数要多；无功率倒灌现象，可靠性更高；容量大，可以工作在高压情况。本发明专利技术能够实现在高压下，对大功率永磁同步电机的变频控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变频器领域，具体涉及混合多电平高压变频器。
技术介绍
随着人们对交流变频调速技术研究的不断深入，电力电子器件在高压大功率领域应用取得突破性进展，以多电平为技术特征的高压变频器异军突起，使得长期以来在大功率传动领域积蓄的巨大节能潜力得以充分释放，高压变频调速技术逐渐成为专家学者们研究和关注的热点。目前，比较有代表性的多电平拓扑结构有二极管箝位型三电平变流器和单元串联型多电平变流器，而又以后者应用最为广泛。但是，由于单元串联型多电平变流器要用到多路独立的直流电源和大量的功率开关，所以成本较高，体积庞大。
技术实现思路
在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。鉴于此，本专利技术提供了一种混合十一电平高压变频器，以至少解决现有技术存在的成本高、体积大的问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种混合十一电平高压变频器。该混合十一电平高压变频器包括移相变压器、功率单元、主控单元、信号检测单元和驱动单元；所述移相变压器和所述功率单元构成系统主电路；所述信号检测单元用于采样永磁同步电机转子的位置和定子电流；所述主控单元用于实现电流坐标变换、转速电流双闭环控制；所述驱动单元用于将DSP输出的PWM信号进行隔离放大、驱动功率开关管。进一步地，混合十一电平高压变频器的每一相由一个低压功率单元与一个高压功率单元级联构成，采用星形连接，三相输出端接高压电机；其中，所述低压功率单元由四个IGBT和1个储能电容C组成全桥；所述高压功率单元由4个IGCT构成全桥，1个IGCT和四个二极管组成双向开关，其中，将方向相同的二极管俩俩串联，再与IGCT并联，串联二极管的连接点作为双向开关的输入输出端口，双向开关的一端和全桥的一个输出端相连并与低压功率单元的一个输出端相连，双向开关的另一端与两个电容串联构成的直流侧的电容连接点相连。进一步地，每一相为n个全桥单元和一个带双向开关的全桥单元，其中，n为正整数；其中，每个所述全桥单元仅包括一个电容；各个全桥单元电容电压值之比为1:2:4:8……:2n-1；所述带双向开关的全桥单元包括电压值相等的两个电容，且该两个电容的电压值等于所述带双向开关的全桥单元中的电容电压最高值的2倍；每一相输出的电平数为12×2n-1-1。进一步地，n＝1。进一步地，所述高压功率单元中的两个电容电压相等，并且是低压功率单元电容电压的两倍。进一步地，采用永磁同步电机零直轴电流(id＝0)矢量控制策略；将永磁同步电机的三相定子电流经过坐标变换，得到交直轴电流；通过设定励磁电流为零和给定转速，实现转速电流双闭环。进一步地，采用载波层叠调制技术，共使用十路载波；与双向开关相连的半桥中上下两个IGCT不能和双向开关中的IGCT同时导通；所述十路载波的幅制相同、频率不同；各载波与调制波进行比较，得到一系列PWM信号；经过逻辑运算得到各功率单元的驱动波形，将开关频率低的驱动波形分配给高压功率单元，将开关频率高的驱动波形分配给低压功率单元。进一步地，所述混合十一电平高压变频器的的输出相电压为十一电平。本专利技术的混合十一电平高压变频器采用新型主电路拓扑，针对这种拓扑采用了载波层叠调制技术，不但可以驱动高压电机，还可以输出十一电平的相电压，谐波含量少。具体具有如下优点：1)采用新型主电路拓扑，相对于传统混合多电平拓扑，每相多使用1个开关管，能够使传统拓扑输出的七电平，达到十一电平，大大降低了设备成本，谐波含量少；2)针对新型电路拓扑，采用基于目标波形与逻辑组合的载波层叠调制技术，避免发生功率倒灌的现象，提高变频器的可靠性；3)采用永磁同步电机零直轴电流(id＝0)矢量控制策略，可以提高变频器的效率；4)采用IGBT与IGCT混合多电平拓扑，充分利用了IGCT高耐压特性和IGBT高开关频率特性，能够驱动高压电机；5)采用DSP与FPGA的联合控制，DSP为主，FPGA为辅，提高运算速度，减少相应时间。附图说明本专利技术可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本专利技术的优选实施例和解释本专利技术的原理和优点。在附图中：图1是本专利技术的一种混合十一电平高压变频器的一个示例的系统整体结构框图；图2是主电路拓扑图；图3是载波层叠示意图；图4是比较得到的PWM波形图；图5是理论输出十一电平电压波形图；图6是系统控制框图；图7是电流检测电路图；图8是驱动电路图；图9是系统软件主程序流程图；图10是A/D转换结束子程序流程图；图11是T1周期中断子程序流程图；图12是示出永磁同步电机三相定子电流波形图；图13是示出变频器输出十一电平相电压波形图；图14是示出电机实际转速和给定转速波形图；图15是示出电机输出转矩和负载转矩波形图。本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本专利技术实施例的理解。具体实施方式在下文中将结合附图对本专利技术的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。本专利技术提供了一种混合十一电平高压变频器，如图1所示，该混合十一电平高压变频器包括移相变压器1、功率单元2、主控单元3、信号检测单元4和驱动单元5。所述移相变压器和所述功率单元构成系统主电路；所述信号检测单元用于采样永磁同步电机转子的位置和定子电流；所述主控单元用于实现电流坐标变换、转速电流双闭环控制；所述驱动单元用于将DSP输出的PWM信号进行隔离放大、驱动功率开关管。控制电路(即主控单元)以TI公司的TMS320F28335和FPGA为核心，实现电流坐标变换、转速电流双闭环控制。根据一种实现方式，可采用新型主电路拓扑。如图2所示，所述混合十一电平高压变频器的每一相由一个低压功率单元与一个高压功率单元级联构成，采用星形连接，三相输出端接高压电机；其中，所述低压功率单元由四个IGBT和1个储能电容C组成全桥；所述高压功率单元由4个IGCT构成全桥，1个IGCT和四个二极管组成双向开关，其中，将方向相同的二极管俩俩串联，再与IGCT并联，串联二极管的连接点作为双向开关的输入输出端口，双向开关的一端和全桥的一个输出端相连并与低压功率单元的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合十一电平高压变频器，其特征在于，所述混合十一电平高压变频器包括移相变压器、功率单元、主控单元、信号检测单元和驱动单元；所述移相变压器和所述功率单元构成系统主电路；所述信号检测单元用于采样永磁同步电机转子的位置和定子电流；所述主控单元用于实现电流坐标变换、转速电流双闭环控制；所述驱动单元用于将DSP输出的PWM信号进行隔离放大、驱动功率开关管。

【技术特征摘要】
1.一种混合十一电平高压变频器，其特征在于，所述混合十一电平高压变频器包括移相变压器、功率单元、主控单元、信号检测单元和驱动单元；所述移相变压器和所述功率单元构成系统主电路；所述信号检测单元用于采样永磁同步电机转子的位置和定子电流；所述主控单元用于实现电流坐标变换、转速电流双闭环控制；所述驱动单元用于将DSP输出的PWM信号进行隔离放大、驱动功率开关管。2.根据权利要求1所述的混合十一电平高压变频器，其特征在于，混合十一电平高压变频器的每一相由一个低压功率单元与一个高压功率单元级联构成，采用星形连接，三相输出端接高压电机；其中，所述低压功率单元由四个IGBT和1个储能电容C组成全桥；所述高压功率单元由4个IGCT构成全桥，1个IGCT和四个二极管组成双向开关，其中，将方向相同的二极管俩俩串联，再与IGCT并联，串联二极管的连接点作为双向开关的输入输出端口，双向开关的一端和全桥的一个输出端相连并与低压功率单元的一个输出端相连，双向开关的另一端与两个电容串联构成的直流侧的电容连接点相连。3.根据权利要求2所述的混合十一电平高压变频器，其特征在于，每一相为n个全桥单元和一个带双向开关的全桥单元，其中，n为正整数；其中，每个所述全桥单元仅包括一个电容；各个全桥单元电容电压值之比为1:2:4:8…...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晗璎，张仕野，李金阳，李伟力，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23