电力电子功率硬件模组

一、YXPHM系列简介

YXPHM系列采用基于模型设计的理念，脱胎于研旭成熟产品光伏并网逆变器与风机变流器等成熟产品，又结合了研旭多年的模块化组件与开放式平台研发经验，对该拓扑结构与驱动电路、传感器电路、信号处理电路进一步集成，同时提供实际控制器接口、快速原型控制器结构与实际控制器模块，为用户提供性价比更好的模块化产品。
YXPHM系列产品主要型号参考如图1所示：

图1 YXPHM-TP型号说明

相对于传统的三相电机,多相电机具有可实现低压大功率,转矩脉动小和可靠性高等突出优点,在供电电压受限但又要求高功率等级和可靠性的场合,如船舶推进系统,电动车牵引系统,核电站水循环系统等。多相电机由于其性能而得到了高度的重视，在电力推进系统中多相永磁同步电机较直流电机和异步电机有体积小,效率高,可靠性高,转矩脉动小,可冗余控制等优点;因此多相永磁同步电机在电力推进系统中正得到越来越广泛的应用。

二、YXPHM-SPM350a-I电力电子功率硬件模组

图2为YXPHM-SPM350a-I的主电路拓扑示意图：

图2 YXPHM-SPM350a-I主电路拓扑示意

上图显示主电路拓扑为六相三电平桥式架构，功率开关器件采用三电平半桥模块。下表为其主要参数。

主控CPU采用目前流行的DSP，型号为TI公司的TMS320F28377，其32位浮点处理能力，非常适用于变流器控制场合。通过传感器分别采集六相交流电流、六相交流电压、直流侧电压、电流以及温度等信息送给DSP，然后DSP经过特定的算法，输出PWM调制波控制开关器件，从而可以实现输出交流电压。除此之外，信号处理电路还预留的外部控制器接口，方便对接RCP控制器，如DSPACE、RT-LAB、SPEEDGOAT、PLEX、YXSPACE等。
图3为实物图片，采用4U机箱封装，尺寸为：450*440*177mm（长宽高）。功率模块硬件板卡方面主要由主控单元、采集调理单元、功率单元（包含功率模块、散热、继电器等）、接口单元和人机界面等组成。

图3  YXPHM-SPM350a-I实物图

三、YXPHM-SPM350a-I电力电子功率硬件模组组成

3.1 主控单元
DSP：TI公司TMS320F28377，32位浮点型，200MHz主频。
AD采集：20通道，支持电压、电流和温度采样；
PWM：24通道；
RS485：2通道，支持MODBUS通信协议；
过流保护电路：6组；
过压保护电路：6组；
接触器：1个，用于直流母线电容预充电；
外扩模拟接口：1个，用于与RCP控制器连接；
外扩数字接口：1个，用于与RCP控制器连接；
LCD：1个7寸工业触摸屏，用于查看运行信息；
3.2 采集调理单元
电流采集：9通道，用电流霍尔传感器，其输出为电流型，经过调理电路增大或者跟随进入ADC单元；
电压采集：8通道，采用差分电路形式采集，交流、直流电压均可进行调理采集；
温度采集：使用IGBT模块内部封装的NTC-5K电阻，时刻监测功率模块内部的工作温度。
3.3 功率单元
IGBT模块：英飞凌公司F3L100R12W2H3_B11，电流等级分别为100A，电压等级为1200V；
母线电容：采用串并式组合，默认单个电容为680uF/450V，总等效电容为3400uF/900V；
散热器：采用高导热铝材料；

3.4 接口单元

图4 模块接口单元示意图

YXPHM-SPM350a-I共有4类接口，分别为辅助220V供电端子、RS485通信接口、外扩RCP接口以及功率接线端子。
辅助220V端子用于为模块内部板卡、控制器、组态屏等供电；
RS485通讯接口：方便工业现场通过MODBUS-RTU远程调控；
外扩RCP接口：将控制算法所需要的ADC接口和PWM接口引出，便于使用RCP对电机驱动器开发研究；
功率端子：包括直流端子以及交流端子，直流端子包含DC+、DC-；交流端子包含U1、V1、W1、U2、V2和W2。
3.5 人机界面

图5 YXPHM-SPM350a-I人机界面示意图

YXPHM-SPM350a-I模块具备7寸触控液晶屏，人机界面与变流模块通讯交互，可观测变流器实时数据，并可设定电机转速。

四、PRCP系统—PHM模块+RCP控制器

当前，YXSPACE系列快速原型控制器备受大家关注，由于其支持模型下载功能，非常快捷、方便的验证控制算法。因此为了提高功率模块的使用场合，特将功率模块的模拟采集部分以及数字控制部分通过DB25接口外扩出来，直接与RCP控制器对接，便于RCP直接控制。

图6 桌面型与SP2000控制器实物图（连接示意）

图7 桌面型与SP6000仿真机实物图（连接示意）

五、常见控制策略

（1）电流矢量控制
（2）空间矢量SVPWM控制
（3）直接转矩控制