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級(jí)聯(lián)型Fairchild高壓變頻器核心控制芯片的研制
能源短缺和環(huán)境污染是當(dāng)前一個(gè)世界性的難題,節(jié)能是關(guān)乎到整個(gè)社會(huì)的事情。當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中,風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等負(fù)載大量被使用,開發(fā)高壓多電平變頻節(jié)能裝置并推廣使用,對(duì)降低我國的工業(yè)能耗有著重大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)意義。功率單元級(jí)聯(lián)式多電平變頻器具有輸入功率因數(shù)高,對(duì)電網(wǎng)諧波污染小,輸出波形好等優(yōu)點(diǎn),在高壓電機(jī)節(jié)能調(diào)速領(lǐng)域有著*的優(yōu)勢。

級(jí)聯(lián)型Fairchild高壓變頻器核心控制芯片的研制
隨科技的不斷發(fā)展，高壓大容量電動(dòng)機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，從而Fairchild高壓變頻器獲得了廣闊的發(fā)展空間。在高電壓等級(jí)下選取合適的開關(guān)器件異常關(guān)鍵。IGBT在很多方面具有明顯優(yōu)勢，但在大容量變頻器中，時(shí)下單只IGBT的電壓和電流等級(jí)還達(dá)不到要求，因此單元級(jí)聯(lián)Fairchild高壓變頻器和基于IGBT串聯(lián)Fairchild高壓變頻器分別在不同場合得到了廣泛應(yīng)用。利用矢量控制系統(tǒng)控制Fairchild高壓變頻器響應(yīng)速度更高，可使Fairchild高壓變頻器更快速、精確的工作，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)比較好，F(xiàn)airchild高壓變頻器矢量控制技術(shù)以及功率單元IGBT串聯(lián)的均壓技術(shù)是當(dāng)今電力電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。對(duì)當(dāng)前各種IGBT串聯(lián)有源均壓策略進(jìn)行比較分析，具體研究了IGBT柵極側(cè)阻容二極管有源串聯(lián)均壓策略，并對(duì)其進(jìn)行了仿真分析。然后在研究了Fairchild高壓變頻器矢量控制策略的基礎(chǔ)之上，建立了數(shù)學(xué)模型，并對(duì)電壓空間矢量調(diào)制技術(shù)（SVPWM）進(jìn)行了較深入的研究。在此基礎(chǔ)上，搭建了Matlab仿真模型，對(duì)矢量控制策略進(jìn)行了仿真分析。在可行性分析之后，把矢量控制確定為Fairchild高壓變頻器的控制方式。zui后以PIC18F2331為核心控制芯片，采用矢量控制策略，搭建了一臺(tái)功率為2kW的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，功率部分采用IGBT柵極側(cè)有源均壓的方式。驅(qū)動(dòng)模塊采用2SD315A，驅(qū)動(dòng)供電系統(tǒng)為低壓取能中的電磁送能方式。2kW的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)矢量控制的控制精度高，功率模塊串聯(lián)IGBT均壓特性良好，此實(shí)驗(yàn)樣機(jī)達(dá)到預(yù)計(jì)要求。從變頻器的基本構(gòu)成入手首先介紹了高壓變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展情況、高壓變頻調(diào)速的基本類型以及其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用情況,然后介紹了Fairchild高壓變頻器朝著高耐壓、大容量、智能化、可靠性、綠色化的發(fā)展趨勢。分析了級(jí)聯(lián)型Fairchild高壓變頻器電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、功率單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其工作原理,與兩電平和三電平變頻器相比,級(jí)聯(lián)型Fairchild高壓變頻器輸出電壓電平數(shù)更多、電壓梯度變化更小、波形更接近于正弦波。對(duì)各種多電平變頻器的控制策略進(jìn)行了詳細(xì)研究,分析比較了包括階梯波脈寬調(diào)制、空間矢量SVPWM等控制策略,進(jìn)而對(duì)載波移相SPWM進(jìn)行了理論分析,從載波移相SPWM的技術(shù)原理切入,對(duì)其進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析。包括諧波分析,載波移相角與級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)的關(guān)系,移相角的輸出性能關(guān)系等。進(jìn)而提出了三角載波幅度調(diào)制與正弦調(diào)制波幅度調(diào)制等效原理,采用該原理的硬件電路不再需要改變正弦波的幅值,取而代之的是改變?nèi)遣ǖ姆?這種方式比改變正弦波幅值所需要的時(shí)間少很多,從而提高了芯片的時(shí)間分辨率。在MATLAB中建立了級(jí)聯(lián)型Fairchild高壓變頻器仿真系統(tǒng),給出了詳細(xì)的封裝、建模過程,以載波移相SPWM技術(shù)作為控制方法進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了理論分析中的各項(xiàng)結(jié)論。同時(shí)通過仿真驗(yàn)證了三角載波幅值調(diào)制方法與傳統(tǒng)正弦波幅值調(diào)制法的等效性。

級(jí)聯(lián)型Fairchild高壓變頻器核心控制芯片的研制
zui后結(jié)合時(shí)分復(fù)用技術(shù)設(shè)計(jì)了級(jí)聯(lián)型Fairchild高壓變頻器核心控制芯片,給出了電路的部分軟硬件設(shè)計(jì)。對(duì)多路高速SPWM觸發(fā)電路的FPGA實(shí)現(xiàn),分模塊做了詳細(xì)的原理說明,并給出了部分VHDL代碼。設(shè)計(jì)出的Fairchild高壓變頻器控制芯片的實(shí)驗(yàn)波形良好,通過現(xiàn)場測試滿足性能指標(biāo),可以良好的運(yùn)行于現(xiàn)場。