CN205142042U - 适用于中高压变频器的pwm控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于中高压变频器的PWM控制系统，解决了中高压变频器PWM控制时，适当降低开关频率，又能降低功率开关器件的开关损耗，进而提高变频器系统的效率的问题。本系统主要包括：包括工业控制机1和功率模块驱动单元2，两者之间通过高速通信总线3进行同步通信；功率模块驱动单元2通过驱动信号传输媒介4传输PWM信号送至功率模块5。本实用新型的控制方法为将PWM脉冲波形在相邻通信周期基础上进行拼接，实际以较高的开关频率驱动功率模块，但最终可形成的PWM效果是开关频率降低至实际的一半甚至更低，本实用新型适合用于中高压变频器的PWM控制系统中。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于中高压变频器的PWM控制系统，特别涉及一种适用于中高压变频器的PWM控制系统及控制方法。
背景技术
现代通用变频器中的逆变器都是由全控型电力电子开关器件组成，主要采用脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，简称“PWM”）技术来控制逆变电路开关器件的通断，使开关器件的AC端输出一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形。基于发生正弦波应用目的脉宽调制技术（SinusoidalPWM，简称“SPWM”）通过AC端输出的脉冲最终按面积相等原则可等效为正弦波输出。SPWM技术利用正弦波作为调制波，受其调制的信号作为载波，常用等腰三角波作为载波，载波频率与调制波频率之比为载波比。当调制波和载波相交时，其交点决定了逆变器开关器件的通断时刻，进而形成一系列脉宽随正弦波变化而变化的矩形脉冲。改变调制波的频率，输出电压基波的频率也随之改变；改变调制波的幅值，则输出电压基波的幅值也随之改变。中高压变频器是额定电压为1-10kV或10kV以上的变频器，被广泛地应用于大型矿业生产厂、石油化工、市政供水、冶金钢铁、电力能源等行业的各种风机、水泵、压缩机、轧钢机等，具有优越的调速性能和明显的节能效果。其设计拓扑结构较多，如带变压器升压、无输出变压器的两电平、三电平或多电平结构。中高压变频器逆变用的功率开关器件，目前主要使用IGBT、IGCT，具有较高的开关频率。为了使逆变器件的输出尽量接近正弦波，在符合功率开关器件的允许开关频率要求及满足最小导通时间和最小间歇的限制下，一般应尽可能增大PWM的载波比，即使用较高的开关频率。但在实现中高压变频器的高电压、高功率的输出时，逆变器件的开关损耗也随之增加，并且干扰其他设备或器件。为提高变频器的效率，又需要降低PWM开关频率，则在低频输出时，会造成谐波的显著增加，将严重污染电网。在多数变频器应用设计中，开关器件的开关周期通常设置为系统内部的通信周期，在改变调制波频率时，将不可避免的遇到上述问题，PWM控制策略需要考虑如何使用相对较低的开关频率尽可能地保证输出电能的质量。
发明内容
本发明提供了一种适用于中高压变频器的PWM控制系统及其控制方法，能够在适当降低开关频率的同时，又降低功率开关器件的开关损耗，进而提高变频器系统的效率。
本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
一种适用于中高压变频器的PWM控制系统，包括工业控制机和功率模块驱动单元，在工业控制机与功率模块驱动单元之间设置有高速通信总线，功率模块驱动单元是通过驱动信号传输媒介传输PWM信号至功率模块的，功率模块驱动单元的相邻的两个通信周期的PWM波形交点是处在同样的开关电平上的。
一种适用于中高压变频器的PWM控制方法，包括以下步骤：
第一步、将工业控制机与功率模块驱动单元连接，并可进行高速同步通信，便于进行变频器状态的快速响应与控制；
第二步、设计功率模块驱动单元内部的PWM脉冲发生程序，确保相邻的两个通信周期的PWM波形交点处维持同样的开关电平。
直观上，使得PWM脉冲波形在相邻通信周期基础上进行了拼接，实际以较高的通信频率驱动功率模块，但最终可形成的PWM效果是开关频率降低至实际的一半甚至更低。
本发明通过高速通信，可以保证系统的快速反应能力和保护能力，以及维持高分辨率的变频器电压电流波形的采集；通过适当频率的高速PWM开关，使得变频器的输出波形平滑性质量优良；从最终效果上有效降低PWM的开关频率，降低损耗，改善谐波分布，抑制低次谐波干扰；可根据不同应用需求，在一定范围内，可调节通信周期或PWM拼接数量，进而实现PWM开关频率调节。
附图说明
图1是本发明的硬件连接示意图；
图2是常规控制方法的PWM波形与本发明的PWM波形对比图；
其中的上半部分是常规的PWM控制方法设计产生的PWM波形示意图，下半部分是本发明所设计产生的PWM波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种适用于中高压变频器的PWM控制系统，包括工业控制机1和功率模块驱动单元2，在工业控制机1与功率模块驱动单元2之间设置有高速通信总线3，功率模块驱动单元2是通过驱动信号传输媒介4传输PWM信号至功率模块5的，功率模块驱动单元2的相邻的两个通信周期的PWM波形交点是处在同样的开关电平上的。
一种适用于中高压变频器的PWM控制方法，包括以下步骤：
第一步、将工业控制机1与功率模块驱动单元2连接，并可进行高速同步通信，便于进行变频器状态的快速响应与控制；
第二步、设计功率模块驱动单元2内部的PWM脉冲发生程序，确保相邻的两个通信周期的PWM波形交点处维持同样的开关电平。
一种适用于中高压变频器的PWM控制系统，包括工业控制机1和功率模块驱动单元2，两者之间通过高速通信总线3进行同步通信，其通信周期为T，高速通信总线3的物理媒介可以是网线、光纤或其他物理设备，具有高传输率特性和优良的抗干扰性能；功率模块驱动单元2的PWM脉冲发生周期即工业控制机1与其进行的高速通信总线周期，工业控制机1依据内部算法产生相对通信周期而言的占空比数据传输给功率模块驱动单元2，功率模块驱动单元2则将占空比数据转换为PWM脉冲波形，具体做法是：将第一个周期的PWM的高电平持续时间T1和第二个周期的PWM的高电平持续时间T2在通信周期相邻处拼接为一个连续的高电平；将第二个周期的PWM的低电平持续时间和第三个周期的PWM的低电平持续时间在通信周期相邻处拼接为一个连续的低电平；将第三个周期的PWM的高电平持续时间T3和第四个周期的PWM的高电平持续时间T4在通信周期相邻处拼接为一个连续的高电平，以此类推。再通过驱动信号传输媒介4传输PWM信号送至功率模块5，传输媒介4一般为对应功率模块5驱动接口的光纤或线缆。以图2下半部分为例，本PWM控制方法从整体角度等效实现了功率模块5开关频率的降低，达到了降低功率器件的开关损耗的效果。
Claims (1)
1.一种适用于中高压变频器的PWM控制系统，包括工业控制机（1）和功率模块驱动单元（2），在工业控制机（1）与功率模块驱动单元（2）之间设置有高速通信总线（3）；其特征在于，功率模块驱动单元（2）是通过驱动信号传输媒介（4）传输PWM信号至功率模块（5）的，功率模块驱动单元（2）的相邻的两个通信周期的PWM波形交点是处在同样的开关电平上的。
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