基于SVPWM控制的三相逆变电源装置的研制
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第“卷第１ｌ期
２０ｌＯ年１１月
电力电子技术
Ｐｏｗｅｒ ＥＩｅｃｔｍｎｉｃｓ
Ｖ０１．４４．Ｎｏ．１ ｌ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０１０
基于ＳＶＰＷＭ控制的三相逆变电源装置的研制
聂振宇，刘国平，胡即明，叶继英 （浙江海洋学院，机电工程学院，浙江舟山３１６０００）
摘要：介绍了基于空间电压矢量脉宽调制（ＳｖＰｗＭ）控制的船用三相逆变电源装置的设计方法。ＳＶＰＷＭ控制利
（上接第５３页）补），在半个周期内ａ桥臂上管保持 关闭，下管保持开通。每隔半个周期工作，既降低
ＮＩＥ Ｚｈｅｎ—ｙｕ，ＵＵ Ｇｕｏ—ｐｉｎｇ，ＨＵ Ｊｉ—ｍｉｎｇ，ＹＥ Ｊｉ—ｙｉｎｇ
（刚锄ｇ ｏｃｅ觎溉妇ｅ倦咖，２勋淞＾伽３１６０００，∞ｉ脚）
Ａｂｓｔ均ｃｔ：ｒＩ＇Ｉｌｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎ协ｔｌｌｅ ｄｅｓｉ印ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ山ｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｓｈｉｐ ｗｈｉｃｈ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｐｕｌｓｅ诵ｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ｓＶＰｗＭ）ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｌｌｏｄ．ＳＶＰＷＭ ｃｏｎｌｍｌ ｍａｄｅ ｔｈｅ ｒｅｇｕＩａｒ ｐｏｌｙｇｏｎ ｔ豫ｃｋ ｏｆｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｖｏｌＬａｇｅ ｖｅｃｔｏｒ ｗｈｉｃｈ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｍｄｕｃｅ ｔｏ ａｐｐｍａｃｈ ｔｌｌｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ妇ｃｋ ｏｆ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ｖｏｌｔ始ｅ，ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｖｏＩｔａｇｅ ｉｓ ｍｏｒｅ ｃＩｏｓｅｌｙ ｔｏ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｆ南ｑｕｅｎｃｙ鹪ｌｏｎｇ嬲ｒｅｇｕｌａｒ ｐｏｌｙｇｏｎ ｉｓ ｃｏｎｓｔⅢｃｔｅｄ ｔ０ ｂｅ ｍｏｒｅ ｓ甜ｅｓ．Ｔｈｅ ｅｘｐｉｒｅｍｅｎ酬陀ｓｕｌ协ｓｈｏｗ出ａｔ￡ｈｅ ｔｈｆｅｅ—ｐｈａｓｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｄｅｖｉｃｅ ｊｓ ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ￡ｍｕｂｌｅ“ｐｏｗ— ｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆ ｓｈｉｐ，ｓｕｃｈ鹊ｈ唔ｈｌｙ ｗａｖｅ ｍｎｇｅ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｕｎｓＬａｂｌｅ ｆｋｑｕｅｎｃｙ，ｉｔ ｉｍｐｍｖｅｓ ｔ１１ｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ
ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｏｆ ｓｈｉｐ．Ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｉｓ ｆｉｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ ｏｆ ｓｈｉｐ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｓ ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆｋ－ ｑｕｅｎｃｙ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ａｌｔｅｍａｔｉｎｇ ｃｕｎ－ｅｎｔ，ａｎｄ ｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｉｍｉｎｇ ｍｏｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅ ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖｏｌｔａｇｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆ南ｑｕｅｎｃｙ ｓｉｎｕ— ｓｏｉｄａｌ ａｌｔｅｍａ“ｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｏｔｈｅｒ“ｓｅ，ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ｈａｖｅ∞ｍｅ ｓｔｍｎｇｐｏｉｎｔｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ８ｍａｌｌ ｖｏｌｕｍｅ，ｈｉｇｈ ｅｍｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ
用逆变器输出电压矢最的ＩＦ多边形运动轨迹去逼近正弦电压的圆形运动轨迹，构造的正多边形边数越多，逆
变器输出电压就越逼近基频正弦波。实验结果表明，该电源装置解决Ｊ，船舶供电网络中电压波动范围大、频率
不稳的问题．提高了船舶电源的供电可靠性。该装置不仅可满足使用恒频恒压正弦交流电船舶的电气设备的
要求．还可满足使用变频变压正弦交流电的调速电机的要求。此外，该装置具有体积小、效率较高、直流电压利
．程．．．序．．．仞 ．．．始 ．．ｊＩ化 ．．一
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（稃『手初始化）
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ｌ设定定时器、Ａ／Ｄ转换 ｌ控制寄存器、脉冲 Ｉ 输出Ｔ作力式
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ＰＩ调竹算法
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输出控制
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‘６彻始化程序 图４程序结构框图
５ 软件设计
图４ａ．ｂ示出主程序结构框图以及系统初始 化程序结构框图．电压调节与计算都在中断服务 程序中完成（由定时器产生定时中断），将检测电 压值经Ａ／Ｄ转换后与给定值相比较．经ＰＩ调节算 法后通过改变ＳＶＰＷＭ脉冲波非零矢量的作用时 间比值来改变输出电压值．其调节程序结构框图 如图４ｃ所示。
（！塑生）
用率较高等特点。
关键词：三相逆变电源；电压矢量脉宽调制；控制
中图分类号：ＴＭ４６４
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００一１００ｘ（２０１０）ｌｌ—００５４—０３
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ＩｎＶｅｒｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ ＤｅＶｉｃｅ
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＶＰＷＭ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｔｈｏｄ
主控芯片采用１ＭＳ３２０ＬＦ２４０７型ＤＳＰ。此芯片 指令运行速度可达３０ＭＩＰＳ（采用３０Ｍ晶振），含有 两个事件管理器模块ＥＶＡ和ＥＶＢ，还带有１０位 Ａ／Ｄ转换模块．可对多达１６路的模拟信号进行 Ａ／Ｄ转换，因此可不扩展其他的Ａ／Ｄ芯片．简化 了硬件的实现。此外该芯片含有５个外部中断．特 别适用于电机驱动．还含有高达４０个可单独编程 的输入／输出引脚。 ４．２ 驱动电路
ｈｉ曲ｕｔｉｌｉｚｅ ｅｍｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＤＣ ｖｏｌｔａｇｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ｉｎｖｅｎｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ；ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｐｕｌｓｅ埘ｄｍ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｒｏｌ
１引言
现代船舶采用柴油发电机机组并网运行来产 生船舶照明及电气设备所用的交流电。柴油发电 机的转速常常会发生波动。而船舶电网的容量有 限．这样会使船舶交流电网的母线电压以及运行 频率发生较大波动。另外船舶中电动拖动设备需 要变频变压的交流电源。而柴油发电机～般工作 在产生恒压恒频交流电的工作状态。为解决上述 问题．船舶电网中广泛使用了三相逆变电源装置 用以提供电压以及频率恒定的交流电以及适合于 异步电机调速用的变频变压交流电。在此研制了
簿唯ＶＴｌ，３，５ ｏ＿－Ｊ ｌ＾。
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图３ ＩＲ２１３６逆变桥驱动电路图
４．３检测电路 为获得更好的电源性能以及电机调速性能，
集成驱动芯片ＩＲ２１３６是高压集成驱动器．可 用于交直流电机调速以及逆变电源中主功率元件 的驱动电路。ＩＲ２１３６可直接驱动中小容量的功率 ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ．具有６路输入信号和６路输出信 号。６路输出信号中的３路具有电平转换功能，因而 能直接驱动三相桥式逆变电路。图３示出ＩＲ２１３６ 驱动三相桥式逆变器的电路。主控芯片的６路 ＳｖＰｗＭ驱动信号输出端经隔离后分别接至集成 驱动芯片ＩＲ２１３６的脉冲输入端。用以驱动三相逆 变电路的６个开关管ＶＴ。～ＶＴ６。由图可见，采用 ＩＲ２１３６简化了驱动电路硬件，提高了可靠性。
（ｃ）电压调解程序
６ 实验结果及结论
根据前面所述，已研制出输出线电压４００ Ｖ， 容量为２０ ｋＶＡ的三相逆变电源装置。该装置采用 ＳＶＰＷＭ控制方法，构造正２４边形电压矢量去逼
图５满载时滤波前后逆变器输出线电压实验波形
采用船上柴油发电机交流电网供电。供电电 压４０５ Ｖ，电压在±１０％范围内波动，输出频率 ５０．３ Ｈｚ，在±１５％范围内波动。经过该电源装置后 供电可靠性得到较大提高，输出线电压为４００ Ｖ。 电压波动范围不超过±２．５％，输出频率为５０ Ｈｚ． 波动范围在士ｌ％以内。从空载到突加满载电压值 的恢复时间在０．２１ ｓ以内，电压降落小超过１５ Ｖ。
定稿日期：２０ｌＯ—０７一０５ 作者简介：聂振宇（１９８ｌ一），男，江西南昌人，硕士，研究方 向为船舶电力电子装置的开发及应用。
５４
万方数据
满足这一要求的三相逆变电源。该装置采用 ＳＶＰＷＭ控制技术．其直流电压利用率高，谐波含 量少，滤波器体积小，电机拖动转矩平稳。
２ ＳＶＰＷＭ控制技术简介
ＳＶＰＷＭ控制技术常用于三相异步电动机的 变频调速系统控制。它以电动机空间形成圆形旋 转磁场为最终目标，把逆变器和交流电动机视为 一体。按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工 作。利用逆变器输出电压矢量的正多边形运动轨 迹去逼近正弦电压的圆形轨迹．构造的正多边形 边数越多。逆变器输出电压就越逼近摹频正弦波， 此时可使异步电动机的稳态转矩接近恒定值【ｌ】。采 用ＳＶＰＷＭ控制时。直流电压利用率（即逆变器输 出电压基波线电压有效值与直流侧电压比值）最 大可达０．７０７。比采用ｓＰＷＭ控制高出约１５％１２ｌ。
基于ＳＶＰＷＭ控制的三相逆变电源装置的研制
３ 主电路的组成及工作原理
图１示出设计的船用三相逆变电源的主电路 结构框图。其主电路大体结构为ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ。
３．１ 整流部分 柴油发电机电网中的交流电经整流变压器后
再经过不控三相整流桥整流成直流电。为使三相 逆变电源获得合适的直流电压。需将柴油发电机 电网的交流电压变换成相应适合的值．在此采用 整流变压器可以避免在直流侧设置ＤＣ／ＤＣ变换 电路，简化了硬件，提高了效率。 ３．２直流部分
三相逆变桥电路由６个ＩＢＧＴ模块构成，其应 用广泛，技术成熟，可靠性较高。由于采用ＳＶＰＷＭ 控制方式时输出线电压具有一定的较高次谐波， 因此必须由滤波器将主要的谐波滤除【３】。然后接 上隔离变压器。由其次级给负载供电。隔离变压器 既可将负载和逆变装置电气隔离．又可方便多台 同一逆变频率的逆变装置并网运行。
主电路的直流部分由直流滤波电路和泵升电 压限制电路组成。￡。和ｃ。能滤除直流侧谐波，使 直流电压趋于恒定，此外￡。还能抑制主电路刚上 电时的电流上升率。当该逆变电源用于拖动电机 时。如电机处于制动回馈制动状态，这时由于不控 整流桥无法将电能返回给交流电网而导致直流侧 电压上升，为限制直流侧的泵升电压，在直流侧中 设置了晶体管ＶＴｌ和大功率电阻尺。，当检测到直 流侧电压过高时，控制电路将ＶＴｌ开通，使多余的 电能消耗在Ｒ。上，限制了直流侧电压的升高。 ３．３逆变及输出部分
该电源装置在敷缆船上经过一年运行，工作 正常，性能良好，大大提高了船舶电源的供电可靠 性，具有一定的实用价值。
参考文献
【１】陈伯时．电力拖动控制系统（第３版）【Ｍ】．北京：机械 工业出版社，２００６·
【２】陈 坚．电力电子技术及应用ｌＭ】．北京：中国电力出版 抖，ｍ６
【３］孙进等．中频小功率三相逆变电源的研制【Ｊ】．电力电 子技术，２ｃＨＤ２。３６（６）：ｌｏ—１２．
在该三相逆变电源装置中检测了一些电参量，包 括交流电压检测、交流电流检测、频率检测。交流 电压检测电路可检测逆变器的输出电压，这样可 以构成闭环控制．保证输出交流电压的稳定。在交 流电机调速中为电机调速控制带来方便：交流电 流检测是对开关器件流过的电流进行监控。一旦 发现电流超过允许值则封锁驱动脉冲，保护开关 器件；测频电路通过检测三相逆变电源输出交流 电的频率。可构成频率闭环控制，保证输出交流电 源的频率恒定．在交流电机调速中为电机调速控 制提供定子频率参量。直流侧电压检测主要是当 交流电机回馈制动运行时，如发现直流侧电压超 过允许值，则将图ｌ中ＶＴ。开通，将多余的电能消
５５
wenku.baidu.com
第４４卷第１ｌ期 ２０ｌＯ年１Ｊ月
电力电子技术
Ｐｂｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｊｃｓ
Ｖ０１．４４．Ｎｏ．１ｌ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０ｌＯ
耗在电阻上，防止直流侧电压升高至警戒值。此 外，用于电机调速用逆变电源时，为获得电机调速 更好的控制性能，主控芯片还可对电动机进行数 字测速以获得转子转速参量。
近圆形。该装置现已应用在某电力公司敷缆船上。 图５示出该装置实验调试的结果。
４控制电路
图２示出船用三相逆变电源的控制电路结构。
直流侧Ｉ电｝ｋ榆测电Ｉ！｝Ｉｌ ｌ电流柃测电路｜｜测频电路
隔离 变压器
熟
１：柠芯” ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７
接菩基路｜Ｉ量菇
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图２船舶逆变电源控制电路结构图
万方数据
控制电路包括主控芯片、外围设备接口电路、 驱动电路和检测电路。 ４．１ 主控芯片
２０ｌＯ年１１月
电力电子技术
Ｐｏｗｅｒ ＥＩｅｃｔｍｎｉｃｓ
Ｖ０１．４４．Ｎｏ．１ ｌ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０１０
基于ＳＶＰＷＭ控制的三相逆变电源装置的研制
聂振宇，刘国平，胡即明，叶继英 （浙江海洋学院，机电工程学院，浙江舟山３１６０００）
摘要：介绍了基于空间电压矢量脉宽调制（ＳｖＰｗＭ）控制的船用三相逆变电源装置的设计方法。ＳＶＰＷＭ控制利
（上接第５３页）补），在半个周期内ａ桥臂上管保持 关闭，下管保持开通。每隔半个周期工作，既降低
ＮＩＥ Ｚｈｅｎ—ｙｕ，ＵＵ Ｇｕｏ—ｐｉｎｇ，ＨＵ Ｊｉ—ｍｉｎｇ，ＹＥ Ｊｉ—ｙｉｎｇ
（刚锄ｇ ｏｃｅ觎溉妇ｅ倦咖，２勋淞＾伽３１６０００，∞ｉ脚）
Ａｂｓｔ均ｃｔ：ｒＩ＇Ｉｌｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎ协ｔｌｌｅ ｄｅｓｉ印ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ山ｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｓｈｉｐ ｗｈｉｃｈ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｐｕｌｓｅ诵ｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ｓＶＰｗＭ）ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｌｌｏｄ．ＳＶＰＷＭ ｃｏｎｌｍｌ ｍａｄｅ ｔｈｅ ｒｅｇｕＩａｒ ｐｏｌｙｇｏｎ ｔ豫ｃｋ ｏｆｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｖｏｌＬａｇｅ ｖｅｃｔｏｒ ｗｈｉｃｈ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｍｄｕｃｅ ｔｏ ａｐｐｍａｃｈ ｔｌｌｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ妇ｃｋ ｏｆ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ｖｏｌｔ始ｅ，ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｖｏＩｔａｇｅ ｉｓ ｍｏｒｅ ｃＩｏｓｅｌｙ ｔｏ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｆ南ｑｕｅｎｃｙ鹪ｌｏｎｇ嬲ｒｅｇｕｌａｒ ｐｏｌｙｇｏｎ ｉｓ ｃｏｎｓｔⅢｃｔｅｄ ｔ０ ｂｅ ｍｏｒｅ ｓ甜ｅｓ．Ｔｈｅ ｅｘｐｉｒｅｍｅｎ酬陀ｓｕｌ协ｓｈｏｗ出ａｔ￡ｈｅ ｔｈｆｅｅ—ｐｈａｓｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｄｅｖｉｃｅ ｊｓ ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ￡ｍｕｂｌｅ“ｐｏｗ— ｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆ ｓｈｉｐ，ｓｕｃｈ鹊ｈ唔ｈｌｙ ｗａｖｅ ｍｎｇｅ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｕｎｓＬａｂｌｅ ｆｋｑｕｅｎｃｙ，ｉｔ ｉｍｐｍｖｅｓ ｔ１１ｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ
ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｏｆ ｓｈｉｐ．Ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｉｓ ｆｉｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ ｏｆ ｓｈｉｐ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｓ ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｆｋ－ ｑｕｅｎｃｙ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ａｌｔｅｍａｔｉｎｇ ｃｕｎ－ｅｎｔ，ａｎｄ ｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｉｍｉｎｇ ｍｏｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅ ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖｏｌｔａｇｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆ南ｑｕｅｎｃｙ ｓｉｎｕ— ｓｏｉｄａｌ ａｌｔｅｍａ“ｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｏｔｈｅｒ“ｓｅ，ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ｈａｖｅ∞ｍｅ ｓｔｍｎｇｐｏｉｎｔｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ８ｍａｌｌ ｖｏｌｕｍｅ，ｈｉｇｈ ｅｍｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ
用逆变器输出电压矢最的ＩＦ多边形运动轨迹去逼近正弦电压的圆形运动轨迹，构造的正多边形边数越多，逆
变器输出电压就越逼近基频正弦波。实验结果表明，该电源装置解决Ｊ，船舶供电网络中电压波动范围大、频率
不稳的问题．提高了船舶电源的供电可靠性。该装置不仅可满足使用恒频恒压正弦交流电船舶的电气设备的
要求．还可满足使用变频变压正弦交流电的调速电机的要求。此外，该装置具有体积小、效率较高、直流电压利
．程．．．序．．．仞 ．．．始 ．．ｊＩ化 ．．一
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（稃『手初始化）
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ｌ设定定时器、Ａ／Ｄ转换 ｌ控制寄存器、脉冲 Ｉ 输出Ｔ作力式
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攀一
‘６彻始化程序 图４程序结构框图
５ 软件设计
图４ａ．ｂ示出主程序结构框图以及系统初始 化程序结构框图．电压调节与计算都在中断服务 程序中完成（由定时器产生定时中断），将检测电 压值经Ａ／Ｄ转换后与给定值相比较．经ＰＩ调节算 法后通过改变ＳＶＰＷＭ脉冲波非零矢量的作用时 间比值来改变输出电压值．其调节程序结构框图 如图４ｃ所示。
（！塑生）
用率较高等特点。
关键词：三相逆变电源；电压矢量脉宽调制；控制
中图分类号：ＴＭ４６４
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００一１００ｘ（２０１０）ｌｌ—００５４—０３
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ＩｎＶｅｒｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ ＤｅＶｉｃｅ
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＶＰＷＭ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｔｈｏｄ
主控芯片采用１ＭＳ３２０ＬＦ２４０７型ＤＳＰ。此芯片 指令运行速度可达３０ＭＩＰＳ（采用３０Ｍ晶振），含有 两个事件管理器模块ＥＶＡ和ＥＶＢ，还带有１０位 Ａ／Ｄ转换模块．可对多达１６路的模拟信号进行 Ａ／Ｄ转换，因此可不扩展其他的Ａ／Ｄ芯片．简化 了硬件的实现。此外该芯片含有５个外部中断．特 别适用于电机驱动．还含有高达４０个可单独编程 的输入／输出引脚。 ４．２ 驱动电路
ｈｉ曲ｕｔｉｌｉｚｅ ｅｍｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＤＣ ｖｏｌｔａｇｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ｉｎｖｅｎｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ；ｓｐａｃｅ ｖｅｃｔｏｒ ｐｕｌｓｅ埘ｄｍ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｒｏｌ
１引言
现代船舶采用柴油发电机机组并网运行来产 生船舶照明及电气设备所用的交流电。柴油发电 机的转速常常会发生波动。而船舶电网的容量有 限．这样会使船舶交流电网的母线电压以及运行 频率发生较大波动。另外船舶中电动拖动设备需 要变频变压的交流电源。而柴油发电机～般工作 在产生恒压恒频交流电的工作状态。为解决上述 问题．船舶电网中广泛使用了三相逆变电源装置 用以提供电压以及频率恒定的交流电以及适合于 异步电机调速用的变频变压交流电。在此研制了
簿唯ＶＴｌ，３，５ ｏ＿－Ｊ ｌ＾。
唯ｖＩ屯６，２ ｏ—１ Ｉ ￥：：！ ＰＤＰＩＮＴＥ争—｝—卜一 ＋５ Ｖｏ——亡丁——卜—十一
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‰辩黜ｍ 甲
ＶＢＩ．２．３ Ｈ０１．２．３ ＶＳｌ２．３
巍
Ｌ０１．２．３
ＣＯＭ
图３ ＩＲ２１３６逆变桥驱动电路图
４．３检测电路 为获得更好的电源性能以及电机调速性能，
集成驱动芯片ＩＲ２１３６是高压集成驱动器．可 用于交直流电机调速以及逆变电源中主功率元件 的驱动电路。ＩＲ２１３６可直接驱动中小容量的功率 ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ．具有６路输入信号和６路输出信 号。６路输出信号中的３路具有电平转换功能，因而 能直接驱动三相桥式逆变电路。图３示出ＩＲ２１３６ 驱动三相桥式逆变器的电路。主控芯片的６路 ＳｖＰｗＭ驱动信号输出端经隔离后分别接至集成 驱动芯片ＩＲ２１３６的脉冲输入端。用以驱动三相逆 变电路的６个开关管ＶＴ。～ＶＴ６。由图可见，采用 ＩＲ２１３６简化了驱动电路硬件，提高了可靠性。
（ｃ）电压调解程序
６ 实验结果及结论
根据前面所述，已研制出输出线电压４００ Ｖ， 容量为２０ ｋＶＡ的三相逆变电源装置。该装置采用 ＳＶＰＷＭ控制方法，构造正２４边形电压矢量去逼
图５满载时滤波前后逆变器输出线电压实验波形
采用船上柴油发电机交流电网供电。供电电 压４０５ Ｖ，电压在±１０％范围内波动，输出频率 ５０．３ Ｈｚ，在±１５％范围内波动。经过该电源装置后 供电可靠性得到较大提高，输出线电压为４００ Ｖ。 电压波动范围不超过±２．５％，输出频率为５０ Ｈｚ． 波动范围在士ｌ％以内。从空载到突加满载电压值 的恢复时间在０．２１ ｓ以内，电压降落小超过１５ Ｖ。
定稿日期：２０ｌＯ—０７一０５ 作者简介：聂振宇（１９８ｌ一），男，江西南昌人，硕士，研究方 向为船舶电力电子装置的开发及应用。
５４
万方数据
满足这一要求的三相逆变电源。该装置采用 ＳＶＰＷＭ控制技术．其直流电压利用率高，谐波含 量少，滤波器体积小，电机拖动转矩平稳。
２ ＳＶＰＷＭ控制技术简介
ＳＶＰＷＭ控制技术常用于三相异步电动机的 变频调速系统控制。它以电动机空间形成圆形旋 转磁场为最终目标，把逆变器和交流电动机视为 一体。按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工 作。利用逆变器输出电压矢量的正多边形运动轨 迹去逼近正弦电压的圆形轨迹．构造的正多边形 边数越多。逆变器输出电压就越逼近摹频正弦波， 此时可使异步电动机的稳态转矩接近恒定值【ｌ】。采 用ＳＶＰＷＭ控制时。直流电压利用率（即逆变器输 出电压基波线电压有效值与直流侧电压比值）最 大可达０．７０７。比采用ｓＰＷＭ控制高出约１５％１２ｌ。
基于ＳＶＰＷＭ控制的三相逆变电源装置的研制
３ 主电路的组成及工作原理
图１示出设计的船用三相逆变电源的主电路 结构框图。其主电路大体结构为ＡＣ／ＤＣ／ＡＣ。
３．１ 整流部分 柴油发电机电网中的交流电经整流变压器后
再经过不控三相整流桥整流成直流电。为使三相 逆变电源获得合适的直流电压。需将柴油发电机 电网的交流电压变换成相应适合的值．在此采用 整流变压器可以避免在直流侧设置ＤＣ／ＤＣ变换 电路，简化了硬件，提高了效率。 ３．２直流部分
三相逆变桥电路由６个ＩＢＧＴ模块构成，其应 用广泛，技术成熟，可靠性较高。由于采用ＳＶＰＷＭ 控制方式时输出线电压具有一定的较高次谐波， 因此必须由滤波器将主要的谐波滤除【３】。然后接 上隔离变压器。由其次级给负载供电。隔离变压器 既可将负载和逆变装置电气隔离．又可方便多台 同一逆变频率的逆变装置并网运行。
主电路的直流部分由直流滤波电路和泵升电 压限制电路组成。￡。和ｃ。能滤除直流侧谐波，使 直流电压趋于恒定，此外￡。还能抑制主电路刚上 电时的电流上升率。当该逆变电源用于拖动电机 时。如电机处于制动回馈制动状态，这时由于不控 整流桥无法将电能返回给交流电网而导致直流侧 电压上升，为限制直流侧的泵升电压，在直流侧中 设置了晶体管ＶＴｌ和大功率电阻尺。，当检测到直 流侧电压过高时，控制电路将ＶＴｌ开通，使多余的 电能消耗在Ｒ。上，限制了直流侧电压的升高。 ３．３逆变及输出部分
该电源装置在敷缆船上经过一年运行，工作 正常，性能良好，大大提高了船舶电源的供电可靠 性，具有一定的实用价值。
参考文献
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在该三相逆变电源装置中检测了一些电参量，包 括交流电压检测、交流电流检测、频率检测。交流 电压检测电路可检测逆变器的输出电压，这样可 以构成闭环控制．保证输出交流电压的稳定。在交 流电机调速中为电机调速控制带来方便：交流电 流检测是对开关器件流过的电流进行监控。一旦 发现电流超过允许值则封锁驱动脉冲，保护开关 器件；测频电路通过检测三相逆变电源输出交流 电的频率。可构成频率闭环控制，保证输出交流电 源的频率恒定．在交流电机调速中为电机调速控 制提供定子频率参量。直流侧电压检测主要是当 交流电机回馈制动运行时，如发现直流侧电压超 过允许值，则将图ｌ中ＶＴ。开通，将多余的电能消
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第４４卷第１ｌ期 ２０ｌＯ年１Ｊ月
电力电子技术
Ｐｂｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｊｃｓ
Ｖ０１．４４．Ｎｏ．１ｌ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０ｌＯ
耗在电阻上，防止直流侧电压升高至警戒值。此 外，用于电机调速用逆变电源时，为获得电机调速 更好的控制性能，主控芯片还可对电动机进行数 字测速以获得转子转速参量。
近圆形。该装置现已应用在某电力公司敷缆船上。 图５示出该装置实验调试的结果。
４控制电路
图２示出船用三相逆变电源的控制电路结构。
直流侧Ｉ电｝ｋ榆测电Ｉ！｝Ｉｌ ｌ电流柃测电路｜｜测频电路
隔离 变压器
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图２船舶逆变电源控制电路结构图
万方数据
控制电路包括主控芯片、外围设备接口电路、 驱动电路和检测电路。 ４．１ 主控芯片