三电平空间矢量调制与三角载波调制内在联系的研究

全面分析了三电平逆变器中应用的空间矢量调制法与载波调制法这两类调制方法的内在联系,包括调制信号与空间矢量、零序电压与冗余矢量的分配因子。详细推导了各个扇区零序电压的表达式,阐述了空间矢量调制就是中心化的三角-正弦调制。基于以上联系可以实现两类调制算法的相互转化。仿真结果验证了该内在联系的正确性。     

一种基于三电平矢量调制波的多电平调制方法

以五电平为例简述了多电平空间矢量调制（SVM）的实现方法,在此基础上分析了多电平SVM与多电平载波调制的联系和区别,指出多电平SVM比载波调制在开关组合的选择上更加灵活,使得多电平SVM更有利于输出电压波形的优化和输入直流侧的功率平衡,但是多电平SVM的实现相对复杂。因此文中提出了一种改进的多电平调制方法,该方法基于三电平矢量调制波,折衷了多电平SVM和载波调制的优缺点,既利用了SVM在调制波过零点附近增加开关次数来减小输出电压波形畸变的优点,又可以通过三电平矢量调制计算出调制波,使用载波调制的方法实现,使得该方法的计算量不会随着电平数的增多而大幅度增加。所建立的五电平实验模型验证了该方法确实可行。     

多电平逆变器载波调制与空间矢量调制的等效关系

目前对于载波调制和空间矢量调制这两种调制方法之间的关系在多电平领域尚缺乏系统的理论分析与比较。文中在一种通用的多电平空间矢量调制算法的基础上,对多电平空间矢量调制和载波调制方法的开关状态及其作用时间分别进行了详细的解析分析,系统地研究并证明了当采用同样的参考电压时,两种方法之间是完全等效的,并且分析方法和结果普遍适用于任意电平数目的情况。进一步分析了这两种调制方法之间等效关系的本质,通过具体试验结果和应用示例验证了这种等效关系并说明了这种等效关系的意义。这两种多电平调制方法之间的等效关系将使多电平脉宽调制控制策略可以在一个统一的体系下进行研究。     

基于二极管箝位型三电平逆变器的调制方法研究

本文全面分析了三电平逆变器中应用的载波调制法和空间矢量调制法。详细阐述了这两类调制算法各自的优缺点。进一步分析两类调制方法的内在联系,包括调制信号与空间矢量;零序电压与冗余矢量的分配因子,推导了各个扇区零序电压的表达式。最终得出空间矢量调制就是中心化的三角-正弦调制的结论。基于以上联系三电平空间矢量调制可以通过合适的零序电压注入由三角-正弦调制等价地实现。仿真和实验结果验证了该结论的正确性。     

空间矢量脉宽调制的调制波分析

在深入分析空间矢量脉宽调制机理的基础上，指出了空间矢量调制和规则采样SPWM、谐波注入脉宽调制、线电压调制的内在联系，并给出了空间矢量调制的调制波通用表达式。其次，通过分析两个零矢量的作用方式，将不连续调制和连续调制统一起来。此外，文中还介绍了一种可以使开关损耗较连续调制降低约50％的不连续调制策略。     

最小开关损耗空间矢量调制的谐波分析

最小开关损耗空间矢量调制是目前应用广泛的开关调制策略。文中将常见的几种最小开关损耗空间矢量调制方法的调制波显化，并对其谐波进行了定性分析。根据相电压调制函数，通过双重傅里叶变换，得到了最小开关损耗空间矢量调制的频域数学模型，并由此对其谐波特性进行了定量的数学分析，得到了一些结论。这些结论对进一步研究最小开关损耗空间矢量调制技术的输入输出关系、传输带宽有重要的意义。仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

三电平空间矢量调制中的共模分量

根据多电平SVM调制与载波调制的本质联系,从多电平SVM调制的实现出发分析了两电平SVM和三电平SVM调制波中共模分量的分布.两电平SVM调制波的共模分量就是三相系统的零序分量,最常用SVM调制波中的零序分量与SFO-PWM调制的在调制波中注入的零序分量完全一致.进一步分析了三电平逆变器的特点,提出了一种适合三电平逆变器的共模分量注入方法,指出了三电平逆变器的调制波中可以注入的共模分量除了三相系统的零序分量,还包括每一相的两组调制单元间的共模分量.最后提出了经过两次共模分量注入的三电平载波调制方法,它可以完全等效三电平SVM调制.仿真和实验结果表明了该方法的正确性.     

一种矩阵变换器的低调制比策略及实现

针对矩阵变换器空间矢量调制策略在低调制比输出时引起的换流问题及输出波形的非线性畸变,提出了三零矢量调制的空间矢量调制方案,同时设计了一套基于DSP和FPGA的控制系统.通过实验验证了该控制策略的可行性和正确性,达到了改善在低调制比给定时输出电压波形的目的,提高了矩阵变换器的运行性能.     

抑制电流畸变的Vienna整流器修正调制策略

Vienna整流器的空间矢量调制策略在相电流与参考电压极性相反的区域会产生输出畸变,降低输出电流品质。在此从矢量合成的角度分析了Vienna整流器调制异常区域的成因,并根据基本电压矢量受到影响的特点将异常区域分为两类,进而提出了使两类异常区域内输出误差最小化的修正调制策略,并讨论了基于矢量合成的修正调制策略的载波实现方法,使得实现过程得以简化。最后,在此通过实验验证了所提修正调制策略的有效性。     

空间矢量调制技术频域调制模型的建立与验证

在对空间矢量调制(SVM)技术相电压调制波进行显化的基础上,利用双重傅里叶变换,建立了常规SVM的频域调制模型。该模型给出了SVM的频谱分布,有助于研究其谐波特性和传输带宽,对系统控制参数的优化和滤波器的设计有重要的理论指导意义。对该频域调制模型进行了实验验证。     

应用相差错时采样空间矢量调制的级联型高压变频器共模电压抑制

为消除级联型多电平逆变器的输出共模电压,首先提出了基于左、右桥臂矢量的三类相差空间矢量调制(space vector modulation,SVM)技术,数学推导出三类调制技术的等效正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)的调制波,并分析了其各自相电压输出波形的单、双极性,证明2π/3相差SVM必为单极性调制。通过借鉴错时采样SVM移相技术,将相差SVM改进并引入级联型高压变频器,详细分析了2π/3相差SVM消除两类共模电压的机理。通过与三次谐波注入型载波移相SPWM消除共模电压的仿真类比,结果证明该调制方法能有效消除共模电压,又不至于过多降低直流电压利用率。     

A servo system of AC motor based on voltage modulation fitting for FPGA and consideration of voltage saturation

This paper proposes a space voltage vector modulation (SVM) method for a speed servo system to obtain a quick current response. The proposed SVM method shortens the control lag time of the conventional SVM inverter. In addition, this proposed method is easily implemented in hardware using an FPGA (Field Programmable Gate Array) because the proposed SVM equations are transformed into expressions that hardly need multiplication. By using the proposed SVM method, the servo system realizes quick and stable current control with wide bandwidth. Moreover, by using PI controllers considering the voltage saturation and the torque limiter to the speed servo system, the servo system carries out stable speed control on voltage saturation. Both the proposed SVM method and the PI controllers considering voltage saturation are applied to the speed servo system of a vector controlled induction motor. The effectiveness of both the proposed SVM method and the PI controllers considering voltage saturation is verified by the experimental results. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 173(1): 60–68, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20989     

变频器的电压空间矢量调制控制技术研究

和SPWM控制相比,空间矢量调制(SVM)技术对直流母线电压的利用率高,适合数字实现.本研究项目是为铁道客车空调机组供电的电压SVM控制变频电源,变频器采用开环起动和稳态电压闭环控制,讨论了恒定V/F控制和电压闭环调节的实现原理,在查表法的基础上提出"复用空间矢量法".该方法可以提高开关频率,降低低频输出电压的失真度并节省存储空间.通过系统辨识建立了电压空间矢量调制变频器的模型,设计了数字电压调节器.仿真和40kVA原理样机的实验测试结果证明所提控制方案可行.     

间接矩阵变换器有零空间矢量调制策略研究

针对间接矩阵变换器(IMC)无零矢量空间矢量调制(SVM)时直流侧输出平均电压存在低频脉动的问题,研究了一种直流侧平均电压为恒值的有零矢量SVM策略,推导了该调制策略的表达式,分析了零电流换流原理,给出了实现框图,并最终搭建了一台基于XE164单片机+CPLD的实验样机。实验结果表明,采用有零矢量SVM的IMC不仅可以满足日益严格的电网电能质量要求,同时输出具有更优异的传动性能。     

级联型逆变器的新型简化多电平空间矢量调制方法

传统多电平空间矢量调制(space vector modulation,SVM)方法需要大量的矢量选择等复杂运算,级联数目较高时,算法变得异常复杂而难以实现。该文借鉴载波移相调制的思想,提出一种新颖的基于两电平SVM的简化多电平SVM方法。将各级H桥逆变器施加相同幅值和相位的电压矢量,而将各自的电压矢量更新时间相互错开,进而形成相应的多电平输出电压波形。每个采样周期只需依据两电平SVM算法计算一单元的主、辅电压矢量及其作用时间,计算量与级联数目无关,进而显著简化了算法难度,并增强了可扩展性。三单元情况的仿真和实验结果证明了所提出方法的正确性和可行性。     

Improvement of pulse pattern for space vector modulated matrix converters

Novel modulation which consists of conventional space vector modulation (SVM) based on a virtual AC/DC/AC conversion and carrier signal modulation for matrix converters is proposed. In this proposed modulation, duties for the switching pattern decided by conventional SVM are changed into those for each switch of matrix converter. The new duties for each output phase are compared with the triangle carrier. By using proposed modulation, switchings between the input phase voltage with minimum value and the voltage with maximum value are eliminated. In this paper, the conventional SVM and proposed modulation are explained. Next, for both conventional and proposed modulations waveforms of input current, output voltage and output current and their frequency spectra are calculated by PSIM simulation program. Simulation results show the proposed modulation can reduce harmonics of output voltage waveforms. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 171(1): 46–54, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20903     

基于活动面积矢量的SPWM与SVM逆变技术

以三相全桥电路为基本模型,通过分析开关脉冲的本质提出了一种基于活动面积矢量(AAV)的分析方法,并应用该方法揭示了空间矢量调制(SVM)和正弦脉宽调制(SPWM)的根本联系与区别,提出相应改进方法:提高SPWM的直流母线电压利用率,并有效减少SVM的运算量。仿真和实验结果证明基于活动面积矢量的分析方法应用于SPWM-SVM中是可行的,与传统SVM相比,AAV-SVM避免了计算正弦函数非线性运算,大幅度缩短了计算时间,从而缩短了最小采样周期,提高了整个系统的传输带宽。     

一种新颖的逆变器通用调制方法建模与实现

传统的SPWM和SVM实现方法割裂了二者的联系,使得调制方法缺乏灵活性。通过对SPWM和SVM的建模,提出了一种新型通用调制方法。仿真和实验表明,该方法将SVM和SPWM统一起来,可以更好地提高逆变效果而不必中断芯片运行,同时该方法计算量更小,精度更高,为进一步改善逆变波形质量,提高系统控制精度创造了条件。     

多电平通用空间矢量调制集成电路及其FPGA实现

提出一种多电平变流器空间矢量控制(space vector modulation,SVM)集成电路(integrated circuit,IC)的设计方法。所提出的多电平SVM IC是建立在参考电压分解的通用多电平SVM算法的基础上,适用于任何电平数目的多电平变流器。采用可编程逻辑门阵列(field-programmable gate array,FPGA)实现所提出的多电平SVM IC。基于FPGA的多电平SVM IC具有高速的处理能力,在数字控制器中专门用于脉冲信号的发生,可解决多电平SVM算法占用数字信号处理器(digital signal processor,DSP)计算资源过多的问题,并可实现较高的开关频率。并且采用所提出的多电平SVM IC可大大加速产品的开发周期。通过在1台9电平级联式变流器上的试验结果对所提出的多电平SVM IC进行验证。