三电平选定消谐脉宽调制脉冲的发生方法

摘要

三电平选定消谐脉宽调制脉冲的发生方法属于AC/DC/AC变频调速系统技术领域，其特征在于它含有：根据用于控制三电平电压源逆变器各开关器件开关状态脉冲开关函数的调制比、脉冲频率生成对应的开关脉冲序列并形成格式，接收并判断监控主机的控制命令字，根据对应的调制比和频率生成并发出对应的六路脉冲序列实行正常脉冲控制等步骤；它适用于中高压变频调速装置，可在输出线电压中，根据预期的选定消谐的目的，消除高次谐波成分，较好地解决输出电压频率低时高次谐波导致异步电动机运行性能恶化的问题和输出电压频率高时装置的开关损耗增大的问题，延长开关器件的寿命，同时保证装置有足够的输出功率。

主权项

1、三电平选定消谐脉宽调制脉冲的发生方法，含有选定消谐步骤，其特征在于，它含有以下步骤：(1)根据用于控制三电平电压源逆变器中各路集成门极换相晶闸管IGCT开关状态的脉冲开关函数的调制比m，脉冲频率f生成对应的开关脉冲序列并形成格式存入脉冲发生器的EEPROM中；a.根据电力电子器件的开关特性和开关损耗约束，变频调速区域，系统输出谐波成分要求，即异步机工作时输入电压的最低次谐波频率以及为避免与输出LC滤波器发生谐振而设定的LC滤波器的固有频率来形成含有半波脉冲数N，N为0°到180°区间内的脉冲总个数，调制比m，输出频率范围，开关频率范围以及最低次谐波频率各物理量的半波脉冲数——频率划分表；b.用选定消谐脉宽调制PWM技术作为控制策略，使上述逆变器的各桥臂上其上、下桥臂中相同位置的开关器件其状态互补而相异位置的开关器件时序相同，只是在时间上滞后半个周波；而各相间的脉冲序列依次滞后1/3周期，因此，三相脉冲发生器只需在A、B、C三相各桥臂的不同位置上生成开关器件A1、A4、B1、B4、C1、C4的共6路脉冲，经扩展后就能控制整个逆变器的状态；c.根据选定消谐的目的生成上述6路脉冲的开关角度数据：设A1路脉冲的开关函数为： $S_{A1}\left(t\right)=\underset{n=\mathrm{1,3,5},}{\overset{\infty }{\Sigma }}{A}_n\sin \left(\mathrm{n\omega t}\right)---\left(1\right)$ $A_n=\frac{4}{\mathrm{n\pi }}\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(-1)}^{k+1}\cos \left({\mathrm{n\alpha }}_k\right),n=\mathrm{1,3,5},...,$为其第n次谐波的幅值。ω＝2πf，f为开关脉冲频率，k＝1，…，N，是一个累加计数器，其中N指的是半周波脉冲数；在设置开关角度α₁，α₂，…，α_N解初值的条件下，以0.01为间隔，对半波脉冲数——频率划分表中m的范围进行均匀分割得到若干个调制比m值，调制比的个数为P；再对任何一种N值，令调制比m从0.01递增至1.20，在不同的m值下用牛顿迭代法求解下列方程组：开关角度α₁，α₂，…，α_N采用如下初值设置公式：  (1)N为奇数时，α_2i-1＝90-360[(N-1)/2+1-i]/[3×(N+1)]-0.0974，α_2i＝90-360[(N-1)/2+1-i]/[3×(N+1)]+0.0974，i＝1，…，(N-1)/2；(2)N偶数且N≠8时，α_2i-1＝360i/(3N )-1.8/[2(N+1)]，α_2i＝360i/(3N)+1.8/[2(N+1)]，i＝1，…，N/2；(3)N＝8时，α₁＝25-0.974，α₂＝25+0.974，α₃＝38-0.974，α₄＝38+0.974α₅＝56-0.974，α₆＝56+0.974，α₇＝70-0.974，α₈＝70+0.974可得到：对应对某一个N值的情况的N条“m-α₁，α₂，…，α_N曲线”，从下到上依次代表各不同m值下的开关角度数据α₁，α₂，…，α_N，开关角度在0°～90°之间；m值的个数为P；d.经一个“扫描”子程序，用脉冲状态字节序列PSW和与其相应的脉冲加载角度序列PLA来表述对应于某一个N值下，与P个不同的m值相对应的P组开关角度数据；“扫描”子程序依次含有以下步骤：对于特定的m值和开关器件A1的开关角度数据α₁，α₂，…，α_N而言，用扫描角度Angle表示为编号为i的开关器件相对应的计算用临时角度，其中i＝1，…6，它从0度开始，对于6路脉动，用统一公式tAngle＝mod(Angle+(i-1)×60,360)表示各路脉冲的开关角度区间，mod是取余运算，由tAngle值来判断开关器件i在当前扫描角下的状态：若tAngle≥180°，则该开关器件A1处于持续关断的半周波内，相应的开关状态pulse(i)设为0；若180°＞tAngle≥90，则令tAngle＝180°-tAngle，再判断tAngle在α₁，α₂，…，α_N中处于什么位置，如tAngle＜α₁，表示其位于第一个开通角度之前，则pulse(i)＝0，如tAngle位于α_N之后，则表示j＝N，j即表示α₁，α₂，…，α_N中与tAngle最按近且小于tAngle的那个开关角度的下标；若tAngle不符合上述任一条件，则可搜索到一个j值，使α_j＝＜tAngle＜α_j+1，则由pulse(i)＝mod(j，2)得到当前编号为i的开关器件在Angle角度下的开关状态，从而可依次得到6个开关器件在某个Angle下的开关状态，即pulse(i)，组成一个临时开关状态字tPSW；(2)在脉冲发生器复位后把步骤(1)所述的脉冲生成算法自动加载到脉冲发生器的SRAM中去；(3)接收监控主机的控制命令字M/F，其中M和F表示监控主机发送的命令数据；(4)依次判断控制命令字M/F：若：M＝0，F＝0，则跳转到复位子程序；若：M＝1，F＝1，则向监控机报告脉冲发生器运行状态；若：M＝255，F＝255，则把脉冲输出地址AR7改为89fff0H，封锁脉冲输出；若：M＝1000，F＝1000，则把脉冲发生器输出地址AR7恢复成900000H，解除脉冲封锁输出；否则，判别1≤M≤138和2000≤F≤33333；若否，转入接收监控主机的控制命令字；若是，转入下一步骤；(5)进入正常脉动控制，根据对应的调制比和频率参数，生成并发出对应的6路脉冲序列：若M0＝0，F0＝0，开放Timer0和全局中断，设置接收的M/F为当前控制参数，根据M0得到对应PSW和PLA的首地址，存放在寄存器AR5、AR6中，记录PSW数目，初始化计数器i为1，输出首个PSW，按公式T＝F0×PLA/3.6计算Timer0的定时周期，把该时间设置为Timer0的周期，启动Timer0。若不是第一次接收到有效的控制脉冲参数，则暂存新的M/F到M1/F1，标记M/F已更新；主程序和Timer0中断程序的循环运行，DSP便输出6路连续脉冲系列。