非pwm功率单元在完美无谐波高压变频器中的设计应用

多余的能量回送到电网，节省了能源消耗。由于这种无环流可逆系统采用控制原则是两组桥在任意时刻只有一组投入工作，另一组关断，所以在两组桥之间不存在环流。变流器之间的切换过程是由逻辑单元控制的，因此称为逻辑无环流系统。

　　矩形波调制原理与原来三角波调制类似，在正弦波作调制波的情况下，把原来的三角波换成了矩形波做载波。以一个功率单元为例，用矩形波去截同频率的正弦波，当正弦波的幅值大于矩形波幅值时，使之有电压输出，其余时间内使输出为零，即可得到一个功率单元的输出。用9个单元的输出相叠加，即可得到完美接近正弦波的电压输出。

　　输入侧隔离变压器二次绕组经过移相降压，为每个功率单元提供独立电源，对6kv而言相当于30脉冲不可控整流输入，消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，极大地抑制了网侧谐波的产生；变频器引起的网侧谐波含量可满足《电能质量公用电网谐波》对谐波含量的最严格要求，无需安装输入滤波器，并保护周边设备免受谐波干扰。正常调速范围内功率因数大于0.95，无需功率因数补偿电容；采用矩形波做载波，大大削弱了输出谐波含量，输出波形接近完美正弦波，无需输出滤波器装置，就可使总谐波含量（thd）降低到2%以下。

　　采用反并联电路虽然增加了晶闸管的数量。看似提高了成本，但是由于逆变部分采用与正弦波同频率的矩形波做载波，大大降低了管子的频率，在批量生产的情况下，又可以用低频开关管来替代高价的igbt，因此降低了成本；由于无高频，省略了高频保护电路，除了可以减小电网污染以外，还降低了成本。所以这种设计不但可以弥补由增加晶闸管造成的成本增加，还可以进一步降低总成本。

　　3.2 非pwm功率单元的计算机仿真

　　普通高压变频器中每个单元输出的pwm波的调制机理是由正弦波作信号波，三角波作载波调制产生的。而非pwm功率的实现思想则迥然不同，在每个单元采用频率不变，幅值变化的矩形波作载波，来调制输出所需要的非pwm波。

　　我们对额定输出电压为10kv的变频器进行了计算机仿真，每相由九个额定电压为650v的功率单元串联而成，输出相电压最高可达5850v，线电压可达10kv左右。非pwm功率单元的仿真电路如图4所示，仿真结果如图5所示。

由仿真结果可以看出，这种新型非pwm功率单元可以输出较之普通pwm功率单元更加完美的正弦波形。

　　3.3 非pwm功率单元的实现方法

　　控制系统中采用数字信号处理器dsp。dsp是一种具有特殊结构的微处理器，dsp芯片的内部采用程序区和数据区分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的dsp指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。系统控制电路中的主控部件采用tms320lf2407dsp芯片，多片dsp协同作业，通过控制器局域网（can）进行相互间的通讯联系，完成控制参数的传递，从而实现移相式npwm脉冲的触发，并且能够对各种故障中断做出及时地处理。

　　以额定输出电压为10kv的高压变频器为例，整个控制系统的实现方法如下：

　　系统采用的是主从多cpu控制系统。控制电路组成如图6所示。

假设实际主电路的每相为5单元串联结构，整个电路共有15个功率单元。对于各相中同一位置的3个功率单元，采用1片dsp进行控制，这样15个功率单元可以由5片dsp构成5个对称的子系统。再使用1片dsp作为主控芯片，对控制信号进行采样和运算以及必要的信息处理。对于每个子系统中的三个功率单元使用相同的载波信号，正弦调制波信号互差120°电角度;每相的5个功率单元共用1个正弦调制波信号。子系统时钟由主控单元给出，通过光纤传送，从而保证整个系统的时钟一致，不至于发生漂移。子控芯片根据给定的步长参数可以确定正弦调制波的频率，从而可以决定输出电压的频率。子控制系统同时还要对功率单元进行必要的保护。由于变频器系统的保护信号比较多，并且保护方式也不尽相同，在本设计中主要考虑的保护信号有：过流、过压、欠压和过热。在这4种典型故障情况下，子cpu将封锁其输出的全部npwm触发信号，同时向主cpu发出必要的信息，使其能够对发生的情况做出必要的响应和处理，并通过人机界面显示出故障情况。主控dsp主要负责对给定信号以及反馈信号的采样、实时计算、v/f查表求值、pi算法控制等等，并且通过数据和地址总线以及串行通讯接口与人机接口系统相连，从而完成信息的接收和显示。同时它还要对由子系统发送的信息进行分析和处理，监测系统的运行状况。同时，主控芯片将对电机回路进行必要的保护和处理。这样可以更加充分地发挥dsp处理器的强大的运算和实时处理能力。

主控