【正文】 器相連；TMS320LF2407A芯片通過SCI接口，經(jīng)高速光隔與MAX485芯片連接后，可與遠(yuǎn)處的 PC機(jī)通過串行通信，當(dāng)然PC機(jī)端需連接 RS485/232轉(zhuǎn)換器。根據(jù)圖33得出電壓型三相逆變器的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： )()()( 1120 sRGKLsssVBVg??控制調(diào)節(jié)器G1(s)可以是比例（P）調(diào)節(jié)器，比例積分（PI ）調(diào)節(jié)器，比例微分（PD）調(diào)節(jié)器和比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器。帶LC 輸出濾波的電壓型三相逆變器的控制系統(tǒng)框圖如圖33。大多數(shù)逆變系統(tǒng)輸出的是電壓，也就是說，系統(tǒng)輸出和調(diào)節(jié)的是電壓量。由以上分析可知，圖31的控制系統(tǒng)可以畫成圖32的形式。對于PFM方式，輸出為脈沖頻率f p，且有f p = K1Vc。圖31 三相逆變器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖對于穩(wěn)定輸出量的值這個控制目標(biāo)而言，相應(yīng)不同信號的擾動，控制系統(tǒng)的工作情況是不同的，這可以通過分析系統(tǒng)的傳遞函數(shù)得到各種結(jié)果。逆變系統(tǒng)控制電路不僅受逆變主電路形式、主開關(guān)管器件的類型和逆變工作頻率的支配，還取決于選取的功率變換技術(shù)的種類。結(jié)合式（22），最后選取的濾波電感和電容值如下：濾波電感： L = 182Mh濾波電容 ：C = F?此時LC濾波器的轉(zhuǎn)折頻率為：fn = ??3 三相逆變器控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)一個三相逆變器系統(tǒng)包括控制電路和主電路兩個重要組成部分，只有控制電路和主電路相互配合，共同工作，才能構(gòu)成完整的逆變系統(tǒng)，如同人的大腦和雙手，兩者缺一不可。流過濾波電感的電流諧波越小，半導(dǎo)體開關(guān)所承受的附加電流應(yīng)力就越小，線路上的損耗也會較小。濾波器與逆變器的附加電流應(yīng)力有關(guān)，這是由濾波器的濾波電感上流過的電流諧波引起的。即： fn = = ZKH201?也就是： ()kLC2??從圖26 中的LC濾波器幅頻特性中可以看出，高于轉(zhuǎn)折頻率時幅頻特性以 40dB下降。選擇SVPWM逆變器的輸出LC濾波器的轉(zhuǎn)折f n（其中fn = ）遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于開關(guān)頻率 fs，它對開關(guān)頻率以及其附近頻帶的諧波具有明顯??2/n的抑制作用。下面將從分析二階LC 濾波器特性著手探討濾波器設(shè)計的方法。電流應(yīng)力增大，不僅使器件損耗及線路損耗加大，還會額外要求加大功率元件的容量，增加了系統(tǒng)的成本。表21 鐵芯GEIB40參數(shù)表(變壓器速查速算手冊)尺寸（mm） 中間舌片凈截面（cm ）2鐵心片型號鐵心規(guī)格 a*B c H h A 鐵心厚鐵心片厚 40*50 26 124 72 144 40*60 40*70 GE40 40*80 逆變器輸出濾波器的設(shè)計高頻SVPWM 逆變器中，逆變器的輸出 LC濾波器 [1718]主要是用來濾除開關(guān)頻率及其鄰近頻帶的諧波，如圖25所示。骨架用1mm厚的絕緣板制作，厚的聚酯薄膜。同樣算出次級線圈的厚度H 2： H2 = D2d2’+(D21)a2 + r a2—副邊繞組層間絕緣厚度：所有線圈的總厚度為： H = (H1+H2+H0)*() (mm)H0 —框架及外包總厚如果 Hc（窗寬）時，即可進(jìn)行線圈的繞制。在500V以下時可用23層電纜紙。r —線圈間絕緣厚度。 每組線圈需繞的層數(shù)，用下式計算：原邊： D1 = N1/M1≈ 5 （層）副邊： D2 = N2/M2≈ 10 (層)初級線圈的總厚度應(yīng)為： H1 = D1( a1+ d1’) + ra1 —原邊繞組層間絕緣厚度。按線徑粗細(xì)，圈數(shù)多取大一些。鐵心窗口的有效高度h由表查得為72mm，線圈在框架兩端共留10%不繞線。線圈厚度、絕緣層厚度和框架厚度的總和應(yīng)小于選用鐵心窗口寬度，否則，應(yīng)重新計算或重選鐵心才行。，由以上公式可得：原邊： d1 = 副邊： d2 = 根據(jù)計算出的直徑d查標(biāo)稱導(dǎo)線，選出標(biāo)稱直徑接近而稍大的Q 型漆包線。一般冷軋晶粒取向硅鋼帶，取 1202214000高斯；熱軋硅鋼片取1000012022高斯；算出No之后，根據(jù)每組線圈的工作電壓就可用下式求出每組線圈的匝數(shù)：初級： N1 = U1No = 110* = (匝) 實取210匝次級： N2 = KU2No = *380* = (匝) 實取496匝式中考慮到10%。此次B/a = ，符合要求。鐵心厚度B 與舌寬a之比應(yīng)在12之間，否則應(yīng)重新選取鐵心截面積 SC 。選擇a = 40mm的GE型硅鋼片。鋼片的KC = ；冷軋硅鋼帶的KC = 。由于硅鋼片之間的絕緣和空隙，實際鐵心截面積應(yīng)略大于計算值，為： SC = K / K C = SC/ K C = (cm2)39。下面逐一進(jìn)行計算：（1）變壓器的額定功率：變壓器輸出功率： P2 = U2I2 (VA) = 200(VA) （單相為 200VA） 輸入功率： P1 = U1I1 (VA) P1=P2 /η=200/ = 211(VA)式中η變壓器的效率，變壓器的額定功率為： P = (P1+P2) / 2 = (200+211)/ 2 = 206 (VA)（2）初級電流： I1 = kP1 / U1 = *211/110 = (A) I2 = P2/ U2 = 200 / 380 = (A)式中k為經(jīng)驗系數(shù)，由變壓器空載（激磁為主）電流I 0大小決定，容量越小的變壓器，k越大。變壓器除電氣參數(shù)計算外，在實際加工制造前還需對各種機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計算，以便制造。（5）確定銅線的電流密度：要根據(jù)逆變電路的工作頻率，充分考慮導(dǎo)線的形狀和集膚效應(yīng)，以合理設(shè)計導(dǎo)體的截面積和合適銅耗，兼顧材料的節(jié)省和銅耗與鐵耗相匹。（3）確定鐵芯窗口利用系數(shù)：需全面考慮與逆變器的負(fù)載、輸入輸出電壓等級、輸出容量、可靠性指標(biāo)等有很大關(guān)系的逆變主電路拓?fù)湫问?、輸出電路形式、可操作繞制工藝等因素。設(shè)計逆變變壓器 [1416]的原則：（1）工作頻率：根據(jù)逆變器的輸出功率容量，考慮電力電子開關(guān)器件和電路的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，確定合理的工作頻率，使變壓器具有可實現(xiàn)性和合理的成本。圖23 IGBT的柵極保護(hù)電路圖 變壓器的設(shè)計變壓器對逆變器的效率和工作可靠性以及輸出電氣性能起著非常重要的作用，因此它是隔離式逆變器設(shè)計的重點。Rgs的大小與開關(guān)器件的反向電壓承受力有關(guān)，Rgs 越小，開關(guān)器件關(guān)斷時能承受的反壓越高，但對驅(qū)動電路不利，因為電壓型開關(guān)器件驅(qū)動電路一般都按脈沖工況設(shè)計，Rgs過小時驅(qū)動電路實際上變成了連續(xù)工況，Rgs一般可選在10k左右。此外，開關(guān)器件的控制極保護(hù)同樣十分重要，圖23是本系統(tǒng)中的IGBT的柵極保護(hù)電路 [13]，Rg1和Rg2是柵極驅(qū)動限流電阻。T1，T2等開關(guān)器件選用的是帶反并聯(lián)快恢復(fù)二極管的IGBT。在選擇了逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后，必須配以相應(yīng)的吸收電路以保護(hù)開關(guān)器件的主開關(guān)極，電感L和電容C是防止過高的 di/dt和du/dt的兩個關(guān)鍵元件。這是一個二電平三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)A、B 、C 三相的瞬時輸出電壓為 +E或0。整流及直流輸出濾波電路如圖21所示。因此，必須采用限制措施限制帶有電容濾波的整流器的輸入浪涌電流。如在最不利的情況下即上電時的電壓瞬時值為電源電壓的峰值時上電，則會產(chǎn)生高于整流二極管正常工作電流數(shù)倍的輸入浪涌電流，從而導(dǎo)致電源電壓波形塌陷，使得供電質(zhì)量變差，還可能會影響到其它用電設(shè)備的工作以及使保護(hù)電路動作；由于浪涌電流沖擊整流電路的輸入熔斷器，使其在若干次上電過程的浪涌電流沖擊下造成非過載熔斷。直流濾波電路中的電容，在輸出電能時，電壓下降，吸收回饋能量時，電壓上升。因此，直流濾波電路成為必不可少的一個環(huán)節(jié)。整流電路輸出的是脈動直流電壓，即便是三相整流電路仍有很大的電壓波動，對逆變電路不利，影響輸出電壓波形和穩(wěn)定性。（4）按輸出電壓的可控性：不控整流、可控整流。（2）按相數(shù)：單相整流、三相整流、多相整流。2 三相逆變器主電路設(shè)計三相逆變器主電路包括整流和直流濾波電路、逆變開關(guān)電路、輸出變壓器和輸出LC濾波電路四部分。另外該系統(tǒng)的主電路中應(yīng)用了無損吸收電路，所以開關(guān)損耗小，開關(guān)頻率可達(dá)20KHz以上，輸出電壓的諧波低，系統(tǒng)效率高。 本文的主要研究內(nèi)容本課題所研究的基于閉環(huán)控制的三相SVPWM逆變器系統(tǒng)，并且以DSP 芯片為基礎(chǔ)，形成了具有高速數(shù)據(jù)采集和實時數(shù)據(jù)處理功能的硬件控制平臺，此平臺上通過應(yīng)用SVPWM 算法和數(shù)字 PID算法等數(shù)字處理技術(shù)，采用閉環(huán)控制，形成了具有良好人機(jī)交互界面和通信功能的全數(shù)字化SVPWM三相逆變器系統(tǒng)。若吸收電路能夠?qū)⑵鋬δ茉哪芰炕仞伣o電源或負(fù)載，或者能大幅度的降低額外吸收損耗，則稱其為無損吸收電路。吸收電路，有時也稱為緩沖電路，其作用是抑制開關(guān)管的關(guān)斷過電壓、du/dt，開通過沖電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。為此，有必要尋找性價比更優(yōu)越的方案來克服軟開關(guān)技術(shù)存在的不足。另外輔助電路本身也有功耗，而且還要求輔助開關(guān)驅(qū)動電路與主開關(guān)電路驅(qū)動電路隔離，輔助開關(guān)比主開關(guān)的開關(guān)時間更小等。雖然一般的軟開關(guān)不像零電流關(guān)斷、零電壓開通那樣開關(guān)損耗為零，但也使逆變器高頻化所引起的問題大為緩解。在逆變開關(guān)電路中采取一些措施，如改變電路結(jié)構(gòu)和控制策略，使開關(guān)管在開通過程中其主開關(guān)極的電壓為零（零電壓開通），在關(guān)斷過程中電流為零（零電流關(guān)斷），則其開關(guān)過程中無開關(guān)損耗，零電壓開通、零電流關(guān)斷是最理想的軟開關(guān)。第二，由于硬開關(guān)PWM變換的開關(guān)管在關(guān)斷過程中的電流電壓變化很快， dv/dt和di/dt大，所以產(chǎn)生的電磁干擾EMI比較嚴(yán)重，給電磁兼容性EMC設(shè)計帶來一定的困難。這種變換技術(shù)的開關(guān)管承受電路中固有的電壓，電流也只是輸出電流按變比折算過來的值，對開關(guān)器件的要求低。為了解決負(fù)載諧振技術(shù)的不足給逆變器帶來的問題，隨著GTO、BJT，功率MOSFET、IGBT 等自關(guān)斷器件的相繼出現(xiàn)，硬開關(guān)定頻PWM變換技術(shù) [5]很快得到了發(fā)展。第二，負(fù)載諧振技術(shù)必須采用變頻方式PFM工作，輸出功率幾乎與工作頻率成正比。這種技術(shù)有些不利的因素。這個反向電壓的產(chǎn)生就需要利用負(fù)載諧振技術(shù)，也稱RLC諧振技術(shù)。功率變換技術(shù)的發(fā)展大致可分為三個階段：第一階段，是應(yīng)用二極管和晶閘管的不控或半控強迫換流技術(shù)；第二階段，主要是應(yīng)用自關(guān)斷器件，例如GTO、 BJT、功率MOSFET 、IGBT等和普遍采用PWM控制技術(shù)；第三階段，是以采用軟開關(guān)、無損緩沖電路、功率因數(shù)校正、消除諧波和考慮電磁兼容為特征。功率變換技術(shù)不單純是逆變電路的設(shè)計，更不是控制系統(tǒng)的電路設(shè)計技術(shù)，它是逆變控制系統(tǒng)的主電路和控制電路成套設(shè)計的基礎(chǔ)，決定著逆變器的性能。大功率MCT的真正問世可能還需要相當(dāng)長的時間。MOS控制晶閘管MCT充分利用晶閘管良好的通態(tài)特性及MOS 管的開通和關(guān)斷特性，可望具有優(yōu)良的自關(guān)斷動態(tài)特性和非常低的通態(tài)電壓降，并易于得到高的耐壓，成為將來在電力裝置和電力系統(tǒng)中最有發(fā)展前途的大功率器件。雖然高功率IGBT模塊具有一些優(yōu)良的特性，如能實現(xiàn)di/dt 和dv/dt的有源控制、有源箝位，易于實現(xiàn)短路電流保護(hù)和有源保護(hù)等，但是，高的導(dǎo)通損耗、低的硅有效面積利用率、損壞后造成開路以及無長期可靠運行數(shù)據(jù)等缺點，使高功率IGBT 模塊在高功率低頻變流器中的實際應(yīng)用受到限制。IGCT可以較低的成本，緊湊、可靠、 變流器，而不需要串聯(lián)或并聯(lián)。由于 GTO具有門極全控功能，它正在許多應(yīng)用領(lǐng)域逐步取代SCR。目前，GTO的最高研究水平為6000V/6000A以及9000V/10000A 。但是，高的導(dǎo)通電流密度、高的阻斷電壓、阻斷狀態(tài)下高的du/dt耐量和有可能在內(nèi)部集成一個反并聯(lián)二極管這些突出的優(yōu)點，仍使人們對GTO感興趣。為此，人們不得不使用體積大、笨重、昂貴的吸收電路。為了折衷它的導(dǎo)通和關(guān)斷特性，傳統(tǒng)GTO的典型關(guān)斷增量僅為35 。1982年，日立公司首先研制成功2500V、1000A的GTO。近十幾年來，自關(guān)斷器件的飛速發(fā)展使晶閘管的應(yīng)用領(lǐng)域有所縮小，但是它在高電壓、大電流的特性及在高壓直流HVDC、大功率直流電源、靜止無功補償SVC及超大功率和高壓變頻調(diào)速應(yīng)用方面仍然占有十分重要的地位。現(xiàn)在已有很多國家已能夠穩(wěn)定生產(chǎn)8000V/4000A的晶閘管。IGBT的迅速發(fā)展，又激勵了人們對MOSFET門控晶閘管的研究，它是綜合功率MOSFET和晶閘管兩者功能的功率器件。70年代中期，隨著高功率晶體管和功率MOSFET的問世，功率器件實現(xiàn)了場控功能，促使高頻化成為了可能。自50年代硅晶閘管問世以后，為達(dá)到上述理想目標(biāo)，功率半導(dǎo)體器件的研究工作者做出了不懈的努力，并已取得了非常顯著的成就。因此，研究新型電力電子器件及其相關(guān)新型半導(dǎo)體材料，一直是該領(lǐng)域最為活躍的主要課題之一。每一代新的電力電子開關(guān)器件出現(xiàn)，都會帶來一場電力電子技術(shù)的革命。逆變技術(shù)已被廣泛地用于工業(yè)、民用或軍事領(lǐng)