摘 要

随着电力电子技术的发展，在低压低功耗电力领域，电力电子技术各个环节都趋于成熟。将来的研究目标将主要放在高压大功率输配电领域中，如：高压直流输电，高压变频调速，柔性交流输电等。而在实现大功率变换的拓扑结构中，多电平逆变器由于具有小的输出波形THD值、低的器件电压应力和低的系统EMI而越来越受到人们的关注。

本文首先介绍了研究三电平逆变器的重大意义和三电平逆变器的发展历史。然后阐述了基于二极管钳位型三电平逆变器的主电路拓扑结构，以及其电压空间矢量PWM控制原理。接着着重阐述了三电平逆变器主电路、驱动电路、检测电路、控制电路、保护电路等电路结构的设计。最后将DSP数字控制技术应用与三电平逆变器，达到了简化系统结构，提高系统稳定性，优化系统控制等优点。

关键词：三电平逆变器，电压空间矢量PWM，DSP

Abstract

With the development of power electronics technology, power electronics technology is mature in all aspects of low voltage and small power consumption. The future research target will be mainly in the field of high voltage and high power transmission and distribution, such as HVDC transmission, high voltage variable frequency speed regulation, flexible AC transmission, etc.. In the topology of high-power transformation, multilevel inverter is attracting more and more attention because of its small output waveform, THD value, low device voltage stress and low system EMI.

This paper first introduces the significance of studying the three level inverter and the development history of the three level inverter. Then, the topology of the main circuit based on diode clamped three level inverter and its voltage space vector PWM control principle are expounded. Then, the design of the main circuit, drive circuit, detection circuit, control circuit and protection circuit of the three level inverter are expounded. Finally, the DSP digital control technology is applied to the three level inverter to simplify the system structure, improve the system stability, optimize the system control and so on.

Keywords: three level inverter, voltage space vector PWM, DSP

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题研究的目的及意义 1

1.2多电平逆变器的发展历史 1

1.3本文主要研究内容 2

第2章 三电平逆变器的基本原理及其矢量调制 3

2.1多电平逆变器的分类及其优缺点 3

2.2二极管钳位型三电平逆变器的拓扑结构和工作原理 3

2.3二极管钳位型三电平逆变器空间电压矢量PWM算法 5

2.3.1三电平逆变器的空间电压矢量模型 5

2.3.2三电平逆变器的空间电压矢量PWM算法 6

第3章 三电平逆变器的硬件电路设计 9

3.1基于DSP的三电平逆变器系统构成 9

3.2三电平逆变器的主电路设计 9

3.3三电平逆变器的驱动电路设计 11

3.4三电平逆变器的电压采样电路设计 12

3.5三电平逆变器的保护电路设计 13

第4章 基于DSP芯片TMS320F2812的控制电路设计 15

4.1DSP芯片TMS320F2812介绍 15

4.2DSP芯片TMS320F2812的最小系统外围电路设计 15

4.2.1电源电路设计 16

4.2.2时钟电路设计 16

4.2.3复位电路设计 16

4.2.4 DSP芯片TMS320F2812最小系统外围电路 17

第5章 总结与展望 18

5.1总结 18

5.2展望 18

参考文献 19

致 谢 20

附录 21

第1章 绪论

1.1课题研究的目的及意义

现如今，能源短缺问题是全世界人民面临的共同难题^[1]。多次能源危机的爆发使世界各国对节能技术愈发关注。现在的全球石油总储量只够维持30-50年，我国剩余的人均石油开采量不足世界的1/10：我国人均煤炭储量也只有世界平均储量的一半。此外，大量的煤炭、石油没有经过合理利用就被直接燃烧掉，不仅能量利用率低，还造成严重的环境污染。

我国在能源生产和消费上已经排在世界前列，尽管如此，也远远满足不了生产生活的需要^[2]。能源短缺导致的缺电已带来了巨大的经济损失，可是，在能源如此短缺的情况下却到处弥漫着浪费现象。我国国民生产总值排名世界第七，很重要的原因就是单位产值能耗太大。国家有关部门统计：我国发电总量的六成至七成用于电机做功，其中九成的电机是交流电动机，大都采用为直接拖动的方式。这种拖动方式的能量利用率很低。

多电平逆变器拓扑结构相较于两电平逆变器拓扑结构有许多优点，例如：减小了电磁干扰，降低了输出谐波和共模电压，减小了电压变化率、没有了开关管直接串联引起的动态均压与均流^[3]。多电平逆变器已广泛应用与生产生活的各个领域。国际上很多电气公司都以三电平逆变器为核心研制出多电平交流传动系统，并成功应用于煤矿提升装置、冶炼轧钢机、铁路地铁电气机车等工业场合。随着能源问题越来越受到重视，中国政府也大力推进节能减排工作，再加上多电平逆变器拓扑结构方面取得的突破性进展和巨大的市场内需推动，多电平逆变器的研究工作将得到大力的支持。

目前三电平逆变器的PWM控制技术主要有载波PWM技术和空间矢量PWM技术^[4]。数字信号处理技术的不断发展将三电平逆变器的PWM控制技术推入一个新的阶段,各种复杂的控制策略在微型处理器上得以实现。控制方法的改进是是现阶段国际研究的重点,运用强大的DSP处理技术可以实现降低成本，加快速度，优化控制策略， 平衡直流侧中点电压、降低输出谐波等。

1.2多电平逆变器的发展历史

多电平逆变器的概念起源于中点钳位变换器，它是通过输出多个电平，使之有序排列，使输出趋近于正弦波。输出的电平数越多，其输出波形越接近于正弦波。理论上可以输出无限多电平使输出无限接近于正弦波，同时也不产生谐波，但是实际情况并不能达到，由于器件过多和控制过于复杂等原因，在满足输出条件要求的情况下电平数并不要求过多。