[发明专利]用于多级叠加式高压变频器的脉宽调制控制方法

说明书

本发明涉及一种用于多级叠加式高压变频器的脉宽调制控制方法。

随着我国改革开放的深入和经济建设步伐的加快，对能源的需求量也越来越大，而对能源的大量需求，一方面将会导致生产能源的石油、天然气、煤炭等资源的急剧减少，从而引起未来的能源匮乏问题。另一方面，资源的大量开采和能源的大量生产又会破坏生态平衡、污染大气等而导致环境的恶化。节约能源，提高能源的利用率已成为全社会共同关注的问题。因此，对交流电动机尤其是对高压交流电动机进行调速，可以以节约大量的电能，既减少了资源浪费，保护了环境，又降低了单位的能耗，提高了企业的经济效益，具有极大的现实意义和社会效益。

据调查统计，我国的发电总量已居世界第二位，耗电总量和日本相当，但产值只有日本的三分之一，单位产值能耗和单位产品的能耗远远高于发达国家水平影响了我国产品在国际市场上的竞争力。近十年的应用实践证明，推广变频调速既能节电，又能改善工艺流程，提高产品质量和功效。因此，对耗电量占我国发电总量的60％～70％的的电动机进行调速是势在必行的，只有这样，才能够完成少投入、高效益实现国民经济的全面增长。

交流变频调速器在生产和生活中的许多领域中得到了广泛应用，但是国内外所提供的变频调速器产品中相对而言比较成熟的是低电压产品，它们满足不了高电压负载的要求，而高压电机所需要的高电压变频器至今还没有特别成熟的产品。正是由于这种产品有巨大的市场潜力以及实际开发生产应用的巨大社会效益和经济效益，日前国内外很多著名的公司和科研机构正在积极进行高压变频器的研究、开发和制造。

多级叠加式高压变频器是现在众多高压变频主回路方案中最有优势的一种，然而目前对多级叠加式高压变频器控制的研究甚少，有许多理论、仿真和实验等研究工作需要深入展开，对它的控制方法有许多的问题急需深入研究，当然有关它的新产品也急待开发和生产。对多级叠加式高压变频器控制方法的研究有助于用较简单的方法实现高压变频器的控制，对其研制和开发有很大帮助，所以对多级叠加式高压变频器PWM(脉冲宽度调制)控制方法进行研究具有很高的理论意义和实用价值。

目前多级叠加式高压变频器的相关产品已经出现，但是由于性能和价格等因素它们远远满足不了市场的需求，而决定其性能的关键之一就是对其进行PWM(脉冲宽度调制)控制的方法。

本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种用于多级叠加式高压变频器的脉宽调制控制方法，提高变频器性能，以达到节能的目的。

为实现上述目的，本发明提出一种用于多级叠加式高压变频器的脉宽调制控制方法，其特征是：给多级叠加式高压变频器中每级中每个单元上的四个开关管上各输入一个脉宽调制信号，以控制开关管的导通和关断时间；在每个单元中，四个开关管的导通时间的计算利用电压空间矢量法，即：将各个单元上的开关管进行分组，三相中对应单元的相对应位置处的六个开关管为一组，每组中六个开关管的八种通、断状态组合称为八个电压矢量，其中两个为零矢量，另六个为非零矢量；六个非零矢量将空间分为六个扇区，据此即可利用电压空间矢量法计算各个开关管的导通、关断时间。

由于采用了以上的方案，将普通(低压)变频调速中用到的电压空间矢量法用到多级叠加式高压变频器中，对各相、各级、以及每级单元内各个开关的导通时间做适当安排，从而原本不能用于多级叠加式高压变频器的控制方法变得可用。仿真和实验表明，采用本方法在不增加谐波含量的前提下，可大大提高电压利用率约。

图1是多级叠加式高压变频器每个单元的示意图。

图2是多级叠加式高压变频器组成示意图之一。

图3是多级叠加式高压变频器组成示意图之一。

图4是光耦隔离示意图。

图5是光纤隔离示意图。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图1是多级叠加式高压变频器模块单元示意图，包括左侧的整流部分和右侧的H桥，其中开关管11、12、21、22是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。图中开关管11称为上臂左管，开关管21称为上臂右管，开关管12称为下臂左管，开关管22称为下臂右管。图1中的“ControlSingal”就是控制开关管的脉宽调制控制信号，四个信号分别接到四个开关管上，控制信号的脉宽和占空比就决定了开关管的导通和关闭时间。

在此研制的多级叠加式高压变频器就是由这样的多个(如15个)单元分三组串联而成(每组构成一相)，由此构成的高压变频器组成简图如图2、3所示。