[发明专利]一种基于18脉冲的SVPWM三相电子调压器

摘要

本发明公开了一种基于18脉冲的SVPWM三相电子调压器，该调压器包括主电路、中央控制电路、输出电压检测电路、过流检测电路、脉冲隔离放大电路、键盘与显示电路、第一控制电源和第二控制电源。主电路包括三相不可控整流器、直流滤波器和三相IGBT逆变器；中央控制电路包括微处理器和脉冲分离输出电路；本发明调压器的输出交流电压通过18脉冲的空间电压矢量脉宽调制技术以及电压闭环控制，功率因数高、谐波小、电压稳定性好，克服了晶闸管移相控制时功率因数低、谐波大、电压稳定性差的缺点；不需要传统电磁感应式调压器的铁心和绕组，重量轻，体积小，便于携带；线路结构简单，可靠，可广泛应用于任何需要可变电源电压的场合。

主权项

一种基于18脉冲的SVPWM三相电子调压器，其特征在于，包括主电路、中央控制电路、输出电压检测电路、过流检测电路、脉冲隔离放大电路、键盘与显示电路、第一控制电源和第二控制电源；所述主电路包括依次相连的三相不可控整流器、直流滤波器和三相IGBT逆变器；所述中央控制电路包括微处理器和脉冲分离输出电路；所述脉冲隔离放大电路包括光电耦合隔离电路和脉冲放大电路；所述第一控制电源为中央控制电路、输出电压检测电路、过流检测电路和键盘与显示电路供电；所述第二控制电源为脉冲隔离放大电路供电；电网的三相恒频恒压的交流电源输入到主电路，经过主电路变换为恒频变压的交流电，输出到三相交流负载；键盘与显示电路通过人机接口输入预期的输出电压值到中央控制电路，输出电压检测电路检测出主电路三相IGBT逆变器的输出电压并反馈到微处理器，过电流检测电路检测出主电路三相IGBT逆变器的输出电流并反馈到微处理器，微处理器将根据18脉冲SVPWM原理计算出的脉冲输入到脉冲分离输出电路按相分离，然后把分离后的脉冲送到脉冲隔离放大电路进行放大隔离，再送到主电路，控制主电路的三相IGBT逆变器，输出恒频变压的三相交流电；所述微处理器的处理流程如下：(1)键盘与显示电路给出输出电压预期值，计算预期的调制系数M*；通过输出电压检测电路采样输出电压实际值，与预期值比较，求得电压偏差ΔU，然后通过比例运算求得调制系数的补偿值ΔM，ΔM＝Kp×ΔU，Kp为比例系数，最终的调制系数M＝M*+ΔM，将M值送到SVPWM模块中；(2)通过SVPWM模块计算18脉冲的脉冲宽度T1、T2和Tb，具体为：将主电路输出的A、B、C三相相电压构成电压空间矢量，电压空间矢量对应6个有效基本矢量和两个零矢量，6个有效基本矢量将平面分成六个扇区，每个扇区再增加两个合成矢量，构成一个周期的18个电压矢量，每个电压矢量工作时间为TP＝T/18，T为输出电压的周期，在输出电压频率固定为50Hz时，T＝20ms，TP＝1.111ms；每个扇区电压空间矢量的合成方法相同，以第一扇区为例，具体如下：对于第一扇区的第一合成矢量V11＝VR∠20°，由两个相邻的基本有效矢量V1和V2和零矢量V0合成，V1和V2分别作用时间为T1和T2，V0作用时间为T0，VR为空间电压矢量的长度，即电压预期值；根据冲量等效原则可得：T1＝M×TP×0.7422；其中M＝VR/V1，称为调制系数，M可根据预期输出电压的幅值决定；同理可得：T2＝M×TP×0.395；零电压矢量工作时间T0＝TP‑T1‑T2；对于第一扇区的第二合成矢量V12，同样根据冲量等效原则，获得T1＝M×TP×0.395，T2＝M×TP×0.7422；对于基本矢量V1，仅V1工作，V2不工作，所以T2＝0；由冲量等效原则可得：Tb＝M×TP；Tb为基本矢量V1单独工作时的时间；合成矢量V11，V12采用对称的5段脉冲t1‑t5来实现，基本矢量V1采用对称的3段脉冲t1‑t3来实现；(3)设置两个定时器：定时器1和定时器2；定时器1完成TP的时间定时；在定时器1的中断程序中，完成18个电压矢量的更新，在每个电压矢量的起始阶段，输出电压矢量V0，同时启动定时器2，定时器2的定时时间设为t1＝T0/2；定时器2完成每个电压矢量剩余4个时间段t2～t5的变时间定时任务，根据电压矢量所处的扇区及其对应的时间段决定需要输出的矢量，各个扇区的实现原理相同；以第一扇区为例，工作矢量为V1、V2，在t2＝T1/2时间段，输出矢量为V1；在t3＝T2时间段，输出矢量为V2，在t4＝T1/2时间段，输出矢量为V1，在t5＝T0/2时间段，输出矢量为V0，t5定时到，这一个合成矢量结束，等待定时器1起动下一个合成矢量的开始，如此循环构成一个18脉冲SVPWM控制过程；(4)通过18脉冲SVPWM模块实现主电路输出电压的调节：当需增大输出电压幅值时，则使有效电压矢量工作时间增长，零电压矢量工作时间缩短；当需降低输出电压幅值时，则使有效电压矢量工作时间缩短，零电压矢量工作时间增长。