五相电压源逆变器SVPWM优化算法

为使五相电压源逆变器同时获得最大电压利用率及最小输出电压谐波,在分析两种SVPWM算法调制机理的基础上,设计了一种改进的相邻最近四矢量SVPWM算法。该算法在调制比为0~1.051 4范围内,通过消除谐波空间合成矢量,使得输出电压谐波为零;在调制比为1.051 4~1.23 1范围内,通过优化重新分配电压矢量作用时间来合成参考电压矢量,保证了谐波空间的合成矢量最小,使逆变器工作在最优状态。构建了五相电压源逆变器仿真模型以及FPGA实验平台,仿真和实验结果表明:在整个线性调制范围内,优化算法能够使五相电压源逆变器的输出电压谐波最小。     

五相电压源逆变器的空间矢量脉宽调制方法研究

为提高五相电压源逆变器(voltage source inverter,VSI)的直流母线电压利用率,减少输出相电压中所含的谐波分量,提出一种改进的基于最近四矢量的五相VSI空间矢量脉宽调制算法。根据调制系数的不同,将整个调制范围分为正弦调制区和非正弦调制区。在正弦调制区,通过合理分配空间矢量的作用时间,使得输出相电压为标准正弦波形,不含有任何谐波成分;在非正弦调制区,通过对谐波子空间内的电压矢量进行优化控制,在进一步提高直流母线电压利用率的同时,保证输出相电压中所含谐波分量更少,使逆变器工作在最优状态。仿真和实验结果验证了所提算法的正确性和可行性。     

六相电压源逆变器PWM算法

针对相移30°双Y联结六相电机,建立了一种基于邻近最大四矢量的六相电压源逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。根据基波电压调制系数的大小,将调制范围分为正弦调制区和非正弦调制区。在正弦调制区内,逆变器输出正弦相电压;在非正弦调制区内,提出了两种调制策略,通过注入适量的6k±1(k=1,3,5,…)次谐波电压来提高基波电压的幅值。其中的第二种调制算法同时考虑到了参考电压矢量幅值和相角的变化,所以得到了更少的谐波含量。针对算法中PWM波形不对称难以硬件实现的问题,根据电压平均值相等的原则对PWM波形进行了中心化处理,转变成易于硬件实现的形式。实验结果验证了算法的有效性。     

基于虚拟电压矢量的五相电压源逆变器空间矢量调制算法

在多相电机驱动系统中,逆变器控制和调制算法引起的共模电压将会产生电磁干扰,从而影响系统正常工作、损坏电机定子绕组绝缘,降低电机使用寿命等;五相逆变器输出电流低次谐波将会导致定子铜耗增加,转矩脉动变大,影响电机控制性能。因此,为抑制输出电流中所含的低次谐波分量,并减小共模电压,提出一种基于虚拟电压矢量的五相电压源逆变器空间电压矢量脉宽调制算法(virtualvoltage vectorbasedspacevectorpulsewidthmodulation,V3-SVPWM)。首先,根据伏秒平衡原理,选择相邻4个大矢量按照特定占空比合成有效虚拟电压矢量,选择2个方向相反的大矢量合成虚拟零矢量。然后,使用虚拟电压矢量合成参考电压,计算过程简单,便于数字实现。最后,将所提算法与最近2矢量SVPWM(near-twovectorsbasedspace vector pulse width modulation,NTV-SVPWM)和最近4矢量SVPWM(near-fourvectorsbasedspacevectorpulsewidth modulation,NFV-SVPWM)进行仿真和实验对比研究,验证所提算法的正确性和有效性。     

改进的五相电压源逆变器SVPWM算法

根据五相系统基波空间的大空间电压矢量在三次谐波空间相应地变成小空间电压矢量的特点,在五相电压源逆变器最近四矢量SVPWM算法的基础上,提出了一种改进的SVPWM算法。新算法能够同时合成基波空间和三次谐波空间的参考电压矢量。以电压源逆变器供电的五相永磁同步电机的驱动系统为例,搭建了基于Simulink的仿真模型,仿真结果表明:采用改进的SVPWM算法能够同时控制定子基波和3次谐波电流,定子电流近似于平顶波,定子电流峰值降低,电机性能得到提高。     

双三相永磁同步电机全调制比范围空间矢量脉宽调制

针对六相电压源逆变器供电的相移30°双三相电机,为提高母线电压利用率,并减小系统损耗和转矩脉动,提出一种新型的全调制比范围空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略。该策略根据基波调制系数,将调制区域分为线性调制区和过调制区,在线性调制区将正弦调制区和非正弦调制区的调制算法统一为基于中间矢量算法,该算法计算简单且大幅度的减少在非正弦调制区所注入的6k±1(k=1,3,5,…)次谐波。在过调制区将三相过调制算法推广到六相系统并进行改进,过调制Ⅰ区通过算法改进使参考电压矢量幅值与调制系数成线性关系便于算法的实现;过调制Ⅱ区通过对相位进行修正,减小了相电压的畸变。仿真分析和实验结果验证了算法的有效性和可行性。     

空间矢量调制的五相Z源逆变器

为了提高传统五相电压源逆变器的直流电压利用率,在两电平逆变器拓扑结构的基础上提出了五相Z源逆变器的电路拓扑结构。逆变器利用Z源网络的升压特性,在开关切换时刻插入直通状态,使直流母线电压升高,从而提高了五相电压源逆变器的直流电压利用率和电压传输比。为减小逆变器输出电压谐波,采用优化的空间矢量调制算法对五相Z源逆变器进行调制,其中通过最小化三次谐波子空间的合成矢量来使输出电压的谐波减小。利用SIMULINK对五相Z源逆变器进行仿真,并采用基于数字信号处理器(digital signal processor,DSP)控制的实验平台对其进行实验验证。仿真和实验结果验证了该逆变器的可行性和调制算法的有效性。五相Z源逆变器能提高逆变器直流电压的利用率,可以用于直流电压受限的场合。     

基于加权路径内点法的六相电机SVPWM四矢量调制方法

为抑制双移30°六相电机的谐波电压,减小电机系统的谐波损耗和运行噪声,提出一种基于加权路径内点法的SVPWM四矢量调制方法。当调制度处于0.577～0.622时,该方法在基波平面的每个扇区选择四个相邻的最大电压矢量,以四个矢量的作用时间为优化量,四个矢量在谐波平面上合成的电压矢量最小为目标函数,四个矢量在基波平面上跟踪期望电压矢量为约束条件,采用加权路径内点法得到最优解。在调制度为0.6时,仿真结果表明,与现有方法相比,所提方法使相电压的THD由5%降低到3.36%。实验结果表明,本文方法使相电压的THD由21.53%降低到14.14%。内点法有效地抑制了逆变器的谐波电压,并减小电机的谐波电流,降低系统的运行噪声。该方法可扩展至多相电机系统,用于抑制谐波电压,提高系统运行性能。     

五相逆变器非正弦双随机空间矢量脉宽调制策略

为改善五相逆变器非正弦供电的高频性能,提出一种五相空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法,即基于随机开关延时-随机零矢量分配的非正弦双随机SVPWM算法。该调制方法根据最近四矢量SVPWM算法,在基波子空间和3次谐波子空间分别合成参考电压矢量,确定占空比和开关动作,并保持采样频率不变,将与采样时刻对应的开关动作在一定范围内随机延时,同时将插入的零矢量作用时间进行随机分配,从而实现开关频率和对称脉冲位置的双随机。仿真和实验结果表明,该调制方法实现了在不影响基波和3次谐波输出的前提下对高次谐波幅值的削弱,达到了谐波分散的目的。     

抑制间接矩阵变换器共模电压的调制策略

间接矩阵变换器在运行过程中会产生较大的共模电压,对电机系统造成严重的电磁干扰,影响系统正常运行。针对这一问题,提出一种新的空间矢量调制策略降低共模电压大小,改善输出电压性能。首先,将整流级空间矢量重新划分区域,根据参考电流矢量所在区域选择3个相邻的有效电流矢量,将有效矢量下的平均直流母线电压维持在一个恒定值,保证整流级的最大输出电压。其次,逆变级采用无零矢量调制策略,通过使用3个有效电压矢量合成所需要的输出电压,将共模电压峰值抑制到输入相电压幅值的57.7%。与传统调制策略相比,提出的调制策略不仅可以减轻系统计算负担,还可以减少系统输入输出谐波,改善输入输出波形质量。最后,通过Matlab/Simulink和实验平台搭建相应模型,仿真和实验结果验证了所提出策略的有效性。     

考虑三次谐波转矩的双五相永磁同步电机串联系统直接转矩控制研究

针对反电动势非正弦的2台五相永磁同步电机串联驱动系统提出一种3次谐波转矩补偿型直接转矩控制策略。首先通过坐标变换建立了考虑3谐波转矩的双五相PMSM串联系统的数学模型,基于电压矢量对转矩的控制关系,分别在2个子空间计算定子磁链增量的期望值;然后根据2台电机定子电压方程,计算出2个平面内电压矢量参考值,并提出一种占空比调制型空间矢量调制算法;最后,通过仿真与实验验证了所提控制算法的可行性。     

减小共模电压的通用多电平SVPWM算法及FPGA实现

针对电平数增加造成开关矢量数目增多,导致多电平空间矢量脉宽调制算法实现复杂的问题,提出一种通用的多电平空间矢量脉宽调制快速计算方法.该方法基于参考电压分解,利用相电压合成电压矢量,能快速确定合成电压矢量及计算各矢量的作用时间,具有清晰的物理概念.讨论了为减小输出共模电压的7段/5段式空间矢量脉宽调制开关序列的生成方法及FPGA实现的简化方法.所提出的调制算法具有通用性,适用于任意电平且复杂程度与电平数无关,输出共模电压小,始终限制在单位电平的2/3以下,相电压波形正弦对称,谐波含量少.算法计算量小,无需查找表,FPGA实现容易,占用资源少.     

基于双频矢量调制的五相永磁同步电机四维电流控制方法

五相永磁同步电机驱动系统中,由于多相电机的非线性及逆变器的死区效应,传统最近四矢量实现的二维电流控制无法控制谐波子空间的谐波电流。为更好地控制五相电机的谐波电流,需要对五相永磁同步电机采用四维电流控制,其不仅可实现谐波电流的抑制也可通过控制电流提升转矩输出。针对双平面电压调制方法,提出一种基于空间矢量调制的双频矢量调制法及两种结合方式(M1和M2),其能有效解决脉宽调制波形非中心对称及调制比受调制周期限制的问题。分析五相永磁同步电机四维电流控制策略,以两种双频矢量结合方式进行仿真,对不同相差下的调制比进行深入分析,并给出调制比的详细分布,验证了双频矢量调制方式对调制比的提升作用。最后通过实验验证双频矢量调制方式的正确性和可行性,验证了基于双频矢量调制的四维电流控制对谐波电流抑制及死区补偿的有效性。     

五相逆变器的空间矢量PWM控制

多相逆变器由于电压矢量的增加，其空间矢量PWM(SVPWM)控制同三相电机相比具有更大的灵活性，文中通过对五相逆变器电压矢量空间的分析，认为多相逆变器空间矢量PWM控制的线性调制范围及形成的电机定子磁通要优于三相电机。根据五相逆变器的结构特点，在传统的最近两矢量SVPWM(NTV-SVPWM)控制的基础上，提出了两种新的五相逆变器SVPWM控制方式：最近四矢量SVPWM(NFV-SVPWM)控制和最小开关损耗SVPWM(MSL-SVPWM)控制。推导了3种控制方式下的目标输出电压函数及波形，通过对比分析，认为：NTV-SVPWM控制含有较大的低次谐波，不适宜用于多相控制：NFV-SVPWM控制的输出谐波最小，MSL-SVPWM控制的开关损耗最小，分别适用于低调制指数和高调制指数工作区。利用MATLAB对五相同步电机调速控制系统进行了仿真研究，仿真结果验证了上述结论。     

一种新型有源电力滤波器的SVPWM算法

揭示三相四开关逆变器输出平衡电压的基本控制规律,在此基础上提出一种改进型空间矢量脉宽调制算法,可应用于三相四开关并联型有源电力滤波器。该算法采用新型坐标变换,使基本电压空间矢量位于两相静止坐标系的坐标轴上,从而使电压空间矢量的选择及其作用时间的计算只需通过两个线电压的四则运算即可完成。与传统方法相比,该算法具有检测环节少、计算量小、精度高等优点。针对三相四开关有源电力滤波器输出电压矢量中不含零矢量的特点,通过使一对幅值相同、方向相反的基本电压空间矢量作用相同时间的方法进行零矢量合成,提出一种五段式SVPWM算法,该方法控制逻辑简单,逆变器输出谐波含量低。仿真和实验结果证明了所提算法的有效性。     

基于载波的五相永磁容错电机SVPWM算法

为避免五相永磁容错电机空间矢量脉宽调制(SVPWM)推导及实现的复杂性,分析基于载波的脉宽调制(CPWM)和SVPWM算法的原理,研究SVPWM算法中两种不同零电压矢量作用时间的分配机制,提出一种零序电压谐波注入策略,实现等效于SVPWM的CPWM算法。该零序电压谐波由每个PWM周期内电机最大和最小相电压构成。理论分析表明该算法与传统SVPWM等效且实现简单。仿真和实验结果表明该算法达到了SVPWM的控制效果。     

矩阵变换器间接空间矢量逆变级过调制策略优化设计

为克服传统多轨迹矢量加权过调制策略中输出电压误差大和谐波含量高的缺点,提出一种新的过调制策略,该策略在过调制Ⅰ区和Ⅱ区分别减小了六边形矢量和基本矢量在参考电压矢量中的权重。通过对改进前后过调制策略的输出电压基波幅值和输出电压谐波畸变率进行理论分析,得出改进后过调制策略可以获得更小的输出电压误差和谐波含量。对改进前后过调制策略用于矩阵变换器的输出性能进行仿真研究和实验验证,结果表明所提策略有效减小了输出电压期望值与实际值之间的误差和输出电压谐波含量,验证了理论分析的正确性和所提策略的可行性。     

基于空间矢量脉宽调制的过调制策略研究

在电机控制中,过调制算法能够显著提高逆变器输出的电压,对提高电机转速有着重要意义。为了改善空间矢量脉宽调制对直流母线电压利用率不足的缺点,研究了基于空间矢量脉宽调制的单模式过调制算法,对输出电压基波幅值与其谐波含量进行理论分析。针对过调制区实际输出电压基波幅值与参考电压不一致这一问题,对目标调制比与给定调制比的关系作出可控性分析,作出拟合曲线并求出函数关系,最后对该过调制算法进行了仿真研究和试验验证。仿真分析和试验验证结果均证明了理论分析的正确性和可行性。     

优化开关频率的空间矢量调制算法

通过调制算法优化多电平逆变器应用中的开关频率特性对于降低中高频逆变装置的开关损耗有着重要的意义。为降低逆变器开关切换次数,通过在旋转变换后得到的d′q′坐标平面中,对空间矢量调制算法中输出电压矢量切换与相应输出相电压变化值之间的映射关系进行的研究,给出了满足最低开关切换次数的映射关系。据此提出了一种优化开关频率的5段调制算法,并给出了迭代算法用于计算输出电压矢量到输出相电压值的逆变换。采用Matlab对该算法进行了仿真验证,并与PD SPWM算法的仿真结果进行了比较,结果表明该算法能够有效地降低每个周波的开关次数,且能够快速简单的进行扇区定位和电压矢量作用时间的计算,相电压组合的确定也可以通过迭代算法快速计算得出,易于满足实时性要求。     

非正交坐标系下双三相感应电机SVPWM控制策略

针对传统双三相电机空间矢量脉冲宽度调制( space vector pulse width modulation,SVPWM)算法中含有大量的三角函数和求根运算,且电机定子电流谐波含量大的问题。结合双三相电机的矢量分类技术,在120°的非正交坐标系下提出了一种双三相感应电机的空间矢量脉冲宽度调制算法。判断三相给定电压信号的最大值和最小值,通过总结规律,可直接求得各相开关的切换时刻,无须进行扇区和基本电压矢量作用时间的计算。对仿真和实验结果的分析表明,与传统双三相SVPWM算法相比,所提出的双三相感应电机SVPWM算法可以有效抑制电机定子电流谐波的同时,大大缩短算法执行时间。定子电流谐波的抑制可提高电机控制性能,算法执行时间的缩短将为处理器节约资源。