基于SPWM控制的级联型五电平逆变器仿真研究

针对三电平逆变器输出电压谐波分量高和IGBT承受回路电压过大的问题,采用SPWM控制的级联型五电平逆变器进行改进,分析了级联型五电平逆变器的拓扑结构及工作原理,对载波SPWM控制策略进行了研究,在不同调制比下通过Mat-lab/Simulink仿真,对该控制技术进行了谐波分析,得出了一种适合于级联型五电平逆变器的调制方法。     

基于载波相移THI-PWM技术的多电平逆变器研究

针对传统的电压型多电平逆变器直流电压利用率低的问题,在对载波相移SPWM调制技术进行数学分析的基础上,将三次谐波注入(Third Harmonic Injection,THI)的思想引入到载波相移技术中,提出了一种适用于多电平逆变器的载波相移THI-PWM调制技术,使得系统的波形系数从1.732上升到2,直流电压利用率提升15%左右。在Matlab/Simulink中搭建了三相五电平逆变器模型进行仿真验证,结果证明了该方法理论的正确性和可行性。     

一种间接三电平电流源PWM变换器策略的设计与研究

与基于载波的正弦脉宽调制(SPWM)相比,空间矢量脉宽调制(SVPWM)因其较高的电流(电压)利用率,在电压源变换器(VSC)中获得了广泛应用,而在电流源变换器(CSC)中,SVPWM技术较难实现。为了在CSC中使SVPWM技术的实现更加容易,提出了一种间接PWM调制方法,该方法通过将双逻辑信号转换为三逻辑电平信号,从三相VSC的调制策略中得到三相CSC的调制策略,提出了一种七段调制方法。通过仿真结果验证表明,间接PWM调制方法具有易于实现、交流侧电流谐波小、直流侧电流脉动小等优点。     

有源中点箝位式(ANPC)五电平逆变器调制方法和飞跨电容电压控制策略研究

分析了ANPC型五电平逆变器开关状态和输出电平的关系,并提出单周期SPWM调制方法。该调制方法在一个开关周期内实现有效电平且包含飞跨电容充电、放电两个状态。针对控制飞跨电容电压的问题,提出了在调制策略中增加充电因子,通过检测飞跨电容电压和实时调节充电因子实现飞跨电容电压闭环可控。最后对单周期SPWM调制方法和飞跨电容电压控制策略进行了仿真和实验,验证了其正确性。     

基于TMS320LF2407的五电平PWM脉冲发生器

针对级联型多电平的电路拓扑结构,结合TMS320LF2407DSP的具体硬件资源,对载波相移理论提出了新的开关控制方法并通过一片DSP控制两个模块,实现了单相五电平输出。试验表明变流器的低次谐波和开关频率的整数倍谐波都得到了消除。     

Developing a novel sinusoidal pulse width modulation (SPWM) technique to eliminate side band harmonics

In this study, an enhanced SPWM modulation scheme is developed in order to minimize total harmonic ratio (THD) by eliminating the side band harmonics that are not paid attention in regular modulation schemes. Unlike the conventional SPWM, the developed modulation scheme considers the elimination of harmonics that are located at the carrier frequency and at the side bands of carrier frequencies. Therefore, the harmonic elimination feature of SPWM that eliminates the base harmonic orders but not considers the side band harmonics in frequency domain is improved with the developed analytical definition. The side band harmonic elimination feature of the proposed SPWM scheme eliminates higher order harmonics. The elimination of high-ordered attenuated harmonics decreases the harmonic contents seen in the THD spectrum. The simulation of inverter is carried out with Matlab/Simulink and experimental studies are performed utilizing TMS320F2812 DSP. The proposed SPWM schemes is tested according to various control strategies such as switching frequency (f_sw) and modulation index (m_i) terms by using a full bridge inverter. The analytical model improved to calculate and generate switching intervals is simultaneously operated in DSP instead of managing a look-up table. The experimental studies of the inverter verify that the developed SPWM modulation scheme mitigates the side band harmonics successfully. The higher order harmonics are eliminated and the THD ratios are decreased owing to proposed SPWM scheme.     

A new structure of three-phase five-level inverter with nested two-level cells

This paper presents a new structure of three-phase five-level inverter with a single direct current (DC) source for low- and medium-voltage applications. The proposed configuration is built with a cascade connection of two-level cells in a nested form and owns the advantages of a reduced number of passive components, total blocking voltage of the switches, and isolated DC sources. In order to make this topology attractive, a comparison is made with five-level inverter topologies proposed for low- and medium-voltage applications in recent years. The proposed circuit is powered using a single DC source and an auxiliary voltage-balancing circuit (AVBC) to maintain the desired DC-link capacitor voltages. A sinusoidal pulse width modulation (SPWM) scheme is implemented in field-programmable gate array (FPGA), using Xilinx blocks developed in MATLAB/SIMULINK environment, to control the inverter switches. The performance of the proposed topology is verified through MATLAB simulation and prototype model for a step change in load. Finally, the experimental results are presented to validate the effectiveness of the proposed topology.     

基于RT-LAB半物理仿真平台的永磁同步电机控制及谐波抑制技术

硬件在环(HIL)仿真技术相较于传统的全离线仿真技术,是伺服控制领域、电传动系统设计中的一种全新的测试理念及仿真技术。本文介绍了RT-LAB半物理仿真平台的组成,以及永磁同步电机控制使用到的逆变控制策略和调制策略。采用的控制策略主要包括MTPA及弱磁控制,采用的调制策略主要包括SPWM方式及SHEPWM方式。利用RT-LAB半物理仿真平台搭建的永磁同步电机实时仿真平台,可以进行控制算法、调制算法的半物理仿真验证。同时,利用永磁同步电机角度补偿策略提出二次谐波抑制算法,并进行了半物理仿真验证。结果表明:加入二次谐波抑制算法后,中间直流母线电压二次谐波含量有明显降低,逆变器输出电流总谐波含量也有较大改善。     

五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法

传统五电平逆变器所用开关器件较多,而五开关五电平逆变器简化了拓扑结构。分析五开关五电平逆变器的工作机理,给出其基于载波的SPWM控制的思路,进而提出五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法与FPGA实现手段。通过载波周期性正、负交错,采用调制波分层、分区的正弦脉宽调制方式,获得五电平输出电压的开关控制信号。仿真结果从理论上证明其开关损耗小,输出电压的谐波特性与H桥级联型一致。实验结果表明其在整个幅值调制比范围内都适用。仿真与实验结果验证了五开关五电平逆变器的载波交错SPWM控制方法的可行性与有效性。     

梯形脉宽调制型逆变器的单片机控制

本文提出了用梯形脉宽调制（ＴＰＷＭ）降低逆变器谐波的一种新方法。在逆变器中，较正弦脉宽调制（ＳＰＷＭ）方法它体现优越的谐波控制性能。对梯形调制信号的三相ＰＷＭ逆变器输出波形从理论和实验两个方面作了研究。     

基于现场可编程门阵列的多路PWM波形发生器

研制了基于现场可编程门阵列(FPGA)实现的多路PWM脉冲发生器。该脉冲发生器通过接口单元接收DSP写入的PWM脉冲宽度数据，然后产生PWM波形，其工作不受DSP影响。同时介绍了脉冲发生器的基本原理、硬件构成和实现方法。该PWM发生器既简化了电路的设计，提高了系统的可靠性，又可保证逆变器功率元件触发的同步。     

SPWM与SVPWM在感应电动机变频调速系统中的比较研究

用80C196MC单片机实现异步电机变频调速的正弦脉宽调制和电压空间矢量脉冲调制。从理论上分析了它们的异同点，最后在一台三相异步电动机上进行了试验验证。实验结果表明：SVPWM调制比SPWM调制时电压利用率高、电流谐波小、高频噪声低。     

基于调制比优化的单相逆变器主谐波滤除研究

为了使逆变器输出电压的主要次谐波得到最大化的消除,提出了一种确定调制比的方法。首先,利用双重傅里叶级数理论,对级联多电平逆变器在单极性倍频SPWM调制下的输出电压进行分析,推导出输出电压的谐波分布情况。然后,在保证基波幅值不变的情况下,提出了一种选取SPWM调制比的方法,使逆变器输出电压主要次谐波降低。最后,在级联五电平逆变器中,对在不同调制比的情况下,通过软件仿真和硬件实验,验证了所提方法的正确性与有效性。     

基于PSO算法的三电平优化PWM方法

受大功率开关器件开关频率的限制,牵引逆变器输出波形中含有大量的谐波,所以有必要采用优化的脉宽调制（ PWM ）方法来减少牵引逆变器输出波形的谐波。首先,建立了最小电流总谐波畸变率（ THD ）谐波优化模型,并采用粒子群优化（ PSO ）算法对模型进行求解。其次,在分段同步调制的不同分频段上对PSO-PWM和传统正弦脉宽调制（ SPWM）进行了比较,得到PSO-PWM具有良好谐波优化效果的结论。最后,用仿真和半实物实验结果验证了理论分析的正确性。     

三相四桥臂下抑制共模干扰的SPWM策略

传统的三相三桥臂逆变器因电路不对称而产生了很大的共模电压和电流。本文介绍了三相四桥臂结构对逆变器共模干扰抑制的原理和为了达到平衡采用的载波移相SPWM控制策略,指出了该方法存在的调制指数被限定的缺陷。为了弥补该缺陷,本文提出了SPWM跳变后移的改进策略,阐述了该控制策略的理论依据及其实际效果。改进后的策略突破了原策略调制指数的限制,扩大了三相四桥臂逆变器载波移相SPWM控制策略的应用前景。     

级联H桥五电平变流器工况分析与验证

以单相两功率单元级联为例,阐述了级联H桥五电平变流器的拓扑结构和载波相移SPWM(CPS-SPWM)调制策略.从该变流器的运行工况着手,给出了这种变流器在CPS-SPWM调制方法下的工作原理,并从数学角度推导了变流器开关切换、输出电压、电流流向以及均衡电压等情况,理论推导表明CPS-SPWM调制方法应用在级联多电平逆变器上的可行性、可靠性和控制的简易性,为实现调制方法的优化和拓扑结构的改进提供了理论基础.同时对五电平变流器的运行工况进行了详尽的分析,推导出了五电平变流器的数学模型,并进行了仿真和实验验证.基于DSP与FPGA,研制了多路PWM脉冲发生器,既简化了电路的设计,提高了系统的可靠性,又可保证整个系统功率元件驱动信号的同步.实验结果表明,这种变流器能在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果,运行工况稳定,在高压、大功率场合有一定的工程应用前景.     

Suppressing harmonics in four‐quadrant AC‐DC converters with chaotic SPWM control

In this paper, a new chaotic sinusoidal pulse width modulation (chaotic SPWM) control is proposed and implemented in a four‐quadrant AC‐DC converter for harmonics suppression, where a chaotic carrier plays a key role. Further, the relationship of the harmonic distribution and carrier frequency is derived by analyzing the harmonic components of the AC‐DC converter, which is useful for revealing the operation principle of the chaotic SPWM control for harmonic suppression. Finally, the simulation and experimental results illustrate the effectiveness of the proposed chaotic SPWM control on harmonics reduction. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种三相电流型多电平PWM整流器

为了改善电流型整流器的谐波特性,提高其网侧功率因数,采用载波相移SPWM整流技术和电流型整流模块的并联扩容技术,提出一种三相电流型多电平脉宽调制整流器。采用数字信号处理器DSP实现正弦脉宽调制算法,并利用复杂逻辑可编程逻辑器件CPLD来构造多路PWM信号发生器的方法实现了整个系统的PWM控制。仿真结果验证了其工作原理的正确性,而实验结果则验证了该类三相多电平脉宽调制整流器的实际可行性。     

三相电压型逆变器的空间矢量脉宽调制技术

针对传统正弦脉宽调制(SPWM)技术的不足,介绍了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术在三相电压型逆变器中的应用。建立了三相PWM逆变器的数学模型,对SVPWM技术的基本原理进行了分析,在两相静止坐标系下对具体的控制算法进行了推导。在Matlab/Simulink环境下,建立了SVPWM驱动的三相电压型逆变器模型。利用Simulink动态仿真工具实现对SVPWM控制算法的仿真。仿真结果表明,设计方法可行,仿真模型正确。