適用于中高壓變頻器的pwm控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于中高壓變頻器的PWM控制系統(tǒng)，特別涉及一種適用于中高壓變頻器的PWM控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代通用變頻器中的逆變器都是由全控型電力電子開關(guān)器件組成，主要采用脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulat1n，簡稱“PWM”)技術(shù)來控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，使開關(guān)器件的AC端輸出一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形。基于發(fā)生正弦波應(yīng)用目的脈寬調(diào)制技術(shù)(Sinusoidal PWM，簡稱“SPWM”)通過AC端輸出的脈沖最終按面積相等原則可等效為正弦波輸出。SPWM技術(shù)利用正弦波作為調(diào)制波，受其調(diào)制的信號作為載波，常用等腰三角波作為載波，載波頻率與調(diào)制波頻率之比為載波比。當(dāng)調(diào)制波和載波相交時，其交點(diǎn)決定了逆變器開關(guān)器件的通斷時刻，進(jìn)而形成一系列脈寬隨正弦波變化而變化的矩形脈沖。改變調(diào)制波的頻率，輸出電壓基波的頻率也隨之改變;改變調(diào)制波的幅值，則輸出電壓基波的幅值也隨之改變。中高壓變頻器是額定電壓為Ι-lOkV或10kV以上的變頻器，被廣泛地應(yīng)用于大型礦業(yè)生產(chǎn)廠、石油化工、市政供水、冶金鋼鐵、電力能源等行業(yè)的各種風(fēng)機(jī)、水栗、壓縮機(jī)、乳鋼機(jī)等，具有優(yōu)越的調(diào)速性能和明顯的節(jié)能效果。其設(shè)計(jì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較多，如帶變壓器升壓、無輸出變壓器的兩電平、三電平或多電平結(jié)構(gòu)。中高壓變頻器逆變用的功率開關(guān)器件，目前主要使用IGBT、IGCT，具有較高的開關(guān)頻率。為了使逆變器件的輸出盡量接近正弦波，在符合功率開關(guān)器件的允許開關(guān)頻率要求及滿足最小導(dǎo)通時間和最小間歇的限制下，一般應(yīng)盡可能增大PWM的載波比，即使用較高的開關(guān)頻率。但在實(shí)現(xiàn)中高壓變頻器的高電壓、高功率的輸出時，逆變器件的開關(guān)損耗也隨之增加，并且干擾其他設(shè)備或器件。為提高變頻器的效率，又需要降低PWM開關(guān)頻率，則在低頻輸出時，會造成諧波的顯著增加，將嚴(yán)重污染電網(wǎng)。在多數(shù)變頻器應(yīng)用設(shè)計(jì)中，開關(guān)器件的開關(guān)周期通常設(shè)置為系統(tǒng)內(nèi)部的通信周期，在改變調(diào)制波頻率時，將不可避免的遇到上述問題，PWM控制策略需要考慮如何使用相對較低的開關(guān)頻率盡可能地保證輸出電能的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種適用于中高壓變頻器的PWM控制系統(tǒng)及其控制方法，能夠在適當(dāng)降低開關(guān)頻率的同時，又降低功率開關(guān)器件的開關(guān)損耗，進(jìn)而提高變頻器系統(tǒng)的效率。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決以上技術(shù)問題的:
[0005]—種適用于中高壓變頻器的PWM控制系統(tǒng)，包括工業(yè)控制機(jī)和功率模塊驅(qū)動單元，在工業(yè)控制機(jī)與功率模塊驅(qū)動單元之間設(shè)置有高速通信總線，功率模塊驅(qū)動單元是通過驅(qū)動信號傳輸媒介傳輸PWM信號至功率模塊的，功率模塊驅(qū)動單元的相鄰的兩個通信周期的PWM波形交點(diǎn)是處在同樣的開關(guān)電平上的。
[0006]—種適用于中高壓變頻器的PWM控制方法，包括以下步驟:
[0007]第一步、將工業(yè)控制機(jī)與功率模塊驅(qū)動單元連接，并可進(jìn)行高速同步通信，便于進(jìn)行變頻器狀態(tài)的快速響應(yīng)與控制；
[0008]第二步、設(shè)計(jì)功率模塊驅(qū)動單元內(nèi)部的PWM脈沖發(fā)生程序，確保相鄰的兩個通信周期的PWM波形交點(diǎn)處維持同樣的開關(guān)電平。
[0009]直觀上，使得PWM脈沖波形在相鄰?fù)ㄐ胖芷诨A(chǔ)上進(jìn)行了拼接，實(shí)際以較高的通信頻率驅(qū)動功率模塊，但最終可形成的PWM效果是開關(guān)頻率降低至實(shí)際的一半甚至更低。
[0010]本發(fā)明通過高速通信，可以保證系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力和保護(hù)能力，以及維持高分辨率的變頻器電壓電流波形的采集;通過適當(dāng)頻率的高速PWM開關(guān)，使得變頻器的輸出波形平滑性質(zhì)量優(yōu)良；從最終效果上有效降低PWM的開關(guān)頻率，降低損耗，改善諧波分布，抑制低次諧波干擾;可根據(jù)不同應(yīng)用需求，在一定范圍內(nèi)，可調(diào)節(jié)通信周期或PWM拼接數(shù)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)PWM開關(guān)頻率調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是本發(fā)明的硬件連接示意圖；
[0012]圖2是常規(guī)控制方法的PWM波形與本發(fā)明的PWM波形對比圖；
[0013]其中的上半部分是常規(guī)的PWM控制方法設(shè)計(jì)產(chǎn)生的PWM波形示意圖，下半部分是本發(fā)明所設(shè)計(jì)產(chǎn)生的PWM波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0015]—種適用于中高壓變頻器的PWM控制系統(tǒng)，包括工業(yè)控制機(jī)1和功率模塊驅(qū)動單元2，在工業(yè)控制機(jī)1與功率模塊驅(qū)動單元2之間設(shè)置有高速通信總線3，功率模塊驅(qū)動單元2是通過驅(qū)動信號傳輸媒介4傳輸PWM信號至功率模塊5的，功率模塊驅(qū)動單元2的相鄰的兩個通信周期的PWM波形交點(diǎn)是處在同樣的開關(guān)電平上的。
[0016]—種適用于中高壓變頻器的PWM控制方法，包括以下步驟:
[0017]第一步、將工業(yè)控制機(jī)1與功率模塊驅(qū)動單元2連接，并可進(jìn)行高速同步通信，便于進(jìn)行變頻器狀態(tài)的快速響應(yīng)與控制；
[0018]第二步、設(shè)計(jì)功率模塊驅(qū)動單元2內(nèi)部的PWM脈沖發(fā)生程序，確保相鄰的兩個通信周期的PWM波形交點(diǎn)處維持同樣的開關(guān)電平。
[0019]—種適用于中高壓變頻器的PWM控制系統(tǒng)，包括工業(yè)控制機(jī)1和功率模塊驅(qū)動單元2，兩者之間通過高速通信總線3進(jìn)行同步通信，其通信周期為T，高速通信總線3的物理媒介可以是網(wǎng)線、光纖或其他物理設(shè)備，具有高傳輸率特性和優(yōu)良的抗干擾性能;功率模塊驅(qū)動單元2的PWM脈沖發(fā)生周期即工業(yè)控制機(jī)1與其進(jìn)行的高速通信總線周期，工業(yè)控制機(jī)1依據(jù)內(nèi)部算法產(chǎn)生相對通信周期而言的占空比數(shù)據(jù)傳輸給功率模塊驅(qū)動單元2，功率模塊驅(qū)動單元2則將占空比數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PWM脈沖波形，具體做法是:將第一個周期的PWM的高電平持續(xù)時間T1和第二個周期的PWM的高電平持續(xù)時間T2在通信周期相鄰處拼接為一個連續(xù)的高電平;將第二個周期的PWM的低電平持續(xù)時間和第三個周期的PWM的低電平持續(xù)時間在通信周期相鄰處拼接為一個連續(xù)的低電平;將第三個周期的PWM的高電平持續(xù)時間T3和第四個周期的PWM的高電平持續(xù)時間T4在通信周期相鄰處拼接為一個連續(xù)的高電平，以此類推。再通過驅(qū)動信號傳輸媒介4傳輸PWM信號送至功率模塊5，傳輸媒介4 一般為對應(yīng)功率模塊5驅(qū)動接口的光纖或線纜。以圖2下半部分為例，本PWM控制方法從整體角度等效實(shí)現(xiàn)了功率模塊5開關(guān)頻率的降低，達(dá)到了降低功率器件的開關(guān)損耗的效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于中高壓變頻器的PWM控制系統(tǒng)，包括工業(yè)控制機(jī)(1)和功率模塊驅(qū)動單元(2)，在工業(yè)控制機(jī)(1)與功率模塊驅(qū)動單元(2)之間設(shè)置有高速通信總線(3);其特征在于，功率模塊驅(qū)動單元(2)是通過驅(qū)動信號傳輸媒介(4)傳輸PWM信號至功率模塊(5)的，功率模塊驅(qū)動單元(2)的相鄰的兩個通信周期的PWM波形交點(diǎn)是處在同樣的開關(guān)電平上的。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種適用于中高壓變頻器的PWM控制系統(tǒng)，解決了中高壓變頻器PWM控制時，適當(dāng)降低開關(guān)頻率，又能降低功率開關(guān)器件的開關(guān)損耗，進(jìn)而提高變頻器系統(tǒng)的效率的問題。本系統(tǒng)主要包括：包括工業(yè)控制機(jī)1和功率模塊驅(qū)動單元2，兩者之間通過高速通信總線3進(jìn)行同步通信；功率模塊驅(qū)動單元2通過驅(qū)動信號傳輸媒介4傳輸PWM信號送至功率模塊5。本實(shí)用新型的控制方法為將PWM脈沖波形在相鄰?fù)ㄐ胖芷诨A(chǔ)上進(jìn)行拼接，實(shí)際以較高的開關(guān)頻率驅(qū)動功率模塊，但最終可形成的PWM效果是開關(guān)頻率降低至實(shí)際的一半甚至更低，本實(shí)用新型適合用于中高壓變頻器的PWM控制系統(tǒng)中。
【IPC分類】H02M1/12, H02M7/48
【公開號】CN205142042
【申請?zhí)枴緾N201520973988
【發(fā)明人】邵詩逸, 烏云翔, 劉洋, 常國梅, 靳雁艷, 李一鳴
【申請人】北京賽思億電氣科技有限公司, 山西汾西重工有限責(zé)任公司
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月30日