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級聯型Fairchild高壓變頻器核心控制芯片的研制
能源短缺和環(huán)境污染是當前一個世界性的難題,節(jié)能是關乎到整個社會的事情。當前工業(yè)生產中,風機、水泵、壓縮機等負載大量被使用,開發(fā)高壓多電平變頻節(jié)能裝置并推廣使用,對降低我國的工業(yè)能耗有著重大的經濟與社會意義。功率單元級聯式多電平變頻器具有輸入功率因數高,對電網諧波污染小,輸出波形好等優(yōu)點,在高壓電機節(jié)能調速領域有著*的優(yōu)勢。

級聯型Fairchild高壓變頻器核心控制芯片的研制
隨科技的不斷發(fā)展，高壓大容量電動機得到了廣泛應用，從而Fairchild高壓變頻器獲得了廣闊的發(fā)展空間。在高電壓等級下選取合適的開關器件異常關鍵。IGBT在很多方面具有明顯優(yōu)勢，但在大容量變頻器中，時下單只IGBT的電壓和電流等級還達不到要求，因此單元級聯Fairchild高壓變頻器和基于IGBT串聯Fairchild高壓變頻器分別在不同場合得到了廣泛應用。利用矢量控制系統控制Fairchild高壓變頻器響應速度更高，可使Fairchild高壓變頻器更快速、精確的工作，轉矩響應比較好，Fairchild高壓變頻器矢量控制技術以及功率單元IGBT串聯的均壓技術是當今電力電子領域研究的熱點。對當前各種IGBT串聯有源均壓策略進行比較分析，具體研究了IGBT柵極側阻容二極管有源串聯均壓策略，并對其進行了仿真分析。然后在研究了Fairchild高壓變頻器矢量控制策略的基礎之上，建立了數學模型，并對電壓空間矢量調制技術（SVPWM）進行了較深入的研究。在此基礎上，搭建了Matlab仿真模型，對矢量控制策略進行了仿真分析。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，搭建了一臺功率為2kW的實驗樣機，功率部分采用IGBT柵極側有源均壓的方式。驅動模塊采用2SD315A，驅動供電系統為低壓取能中的電磁送能方式。2kW的實驗樣機的測試結果表明，該系統矢量控制的控制精度高，功率模塊串聯IGBT均壓特性良好，此實驗樣機達到預計要求。從變頻器的基本構成入手首先介紹了高壓變頻調速技術的發(fā)展情況、高壓變頻調速的基本類型以及其在工業(yè)領域的應用情況,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。分析了級聯型Fairchild高壓變頻器電路的拓撲結構、功率單元拓撲結構及其工作原理,與兩電平和三電平變頻器相比,級聯型Fairchild高壓變頻器輸出電壓電平數更多、電壓梯度變化更小、波形更接近于正弦波。對各種多電平變頻器的控制策略進行了詳細研究,分析比較了包括階梯波脈寬調制、空間矢量SVPWM等控制策略,進而對載波移相SPWM進行了理論分析,從載波移相SPWM的技術原理切入,對其進行了數學分析。包括諧波分析,載波移相角與級聯個數的關系,移相角的輸出性能關系等。進而提出了三角載波幅度調制與正弦調制波幅度調制等效原理,采用該原理的硬件電路不再需要改變正弦波的幅值,取而代之的是改變三角波的幅值,這種方式比改變正弦波幅值所需要的時間少很多,從而提高了芯片的時間分辨率。在MATLAB中建立了級聯型Fairchild高壓變頻器仿真系統,給出了詳細的封裝、建模過程,以載波移相SPWM技術作為控制方法進行仿真,驗證了理論分析中的各項結論。同時通過仿真驗證了三角載波幅值調制方法與傳統正弦波幅值調制法的等效性。

級聯型Fairchild高壓變頻器核心控制芯片的研制
zui后結合時分復用技術設計了級聯型Fairchild高壓變頻器核心控制芯片,給出了電路的部分軟硬件設計。對多路高速SPWM觸發(fā)電路的FPGA實現,分模塊做了詳細的原理說明,并給出了部分VHDL代碼。設計出的Fairchild高壓變頻器控制芯片的實驗波形良好,通過現場測試滿足性能指標,可以良好的運行于現場。