SPWM死区对三电平高压变频器共模电压的影响

为了研究基于三电平中性点箝位(NPC)逆变器的高压变频器采用SPWM时死区设置对变频器输出共模电压的影响,利用双重Fourier法推导得逆变器不带吸收回路空载条件下采用SPWM调制策略时不同方式设置死区后逆变器输出共模电压的表达式,研究了逆变器带感性负载及开关器件带RC吸收回路条件下死区设置对逆变器输出电压及输出共模电压的影响。利用MATLAB对以上问题进行了仿真研究。对表达式分析得:逆变器不带吸收回路空载时,不论是否设置死区及以何种方式设置死区,逆变器输出共模电压均主要含有调制波3的奇数倍次谐波;逆变器带上RC吸收回路及感性负载时,单边设置死区时正方向的负载电流使输出电压减小,负方向的负载电流使输出电压增加,从而影响了逆变器输出的共模电压。仿真研究验证了以上分析结果。研究表明,当逆变器带上RC吸收回路及感性负载时,分析SPWM死区与变频器输出共模电压的数学关系较复杂。     

变频器参数及调制方式对共模电压的影响

PWM变频器被广泛应用于在电机驱动系统中,但其输出电压中的共模电压会产生许多负面效应,因此确定影响共模电压的各种因素对提出有效的共模电压抑制策略有重要的意义。采用解析、仿真和实验验证的方法围绕变频器参数和调制方式对共模电压的影响展开研究,研究结果表明:变频器参数中直流母线电压利用率增大时共模电压减小;载波比变化时共模电压基本不变;死区时间增加时共模电压增大;不同调制方式SPWM和SVPWM在相同直流母线电压利用率下的共模电压大小相近。进一步讨论了在VVVF控制调速时直流母线利用率和载波比同时变化时共模电压的变化规律,实验表明低速时共模电压更大,应当重视电机低速时共模电压产生的危害。     

对三电平变频器驱动电机的共模电压抑制的研究

降低和消除共模电压及共模干扰,在高压大功率电力电子变换器中具有重要意义。本文以一个三电平NPC变频器驱动的交流电机系统为研究对象,使用消除三次谐波式的特定谐波消除脉宽调制即SHEPWM(Selected Harmonics Elimination PWM)技术,从源头上消除变频器输出共模电压中的低频分量。而对所剩的高频部分共模谐波,使用共模滤波器进行滤除。定性和定量分析了差模滤波器参数不对称对共模电压的影响。实验证实了本文方案实用高效。     

PWM变频器输出共模电压及其抑制技术的研究

PWM逆变器在应用中产生的共模电压将影响系统的可靠运行。文中研究了电压源型PWM变频器产生的共模电压及其负面效应产生机理，揭示了共模电压产生的原因及其抑制方法，并得出共模电压是变频器输出负面效应产生的主要根源的结论，为滤波器的设计提供理论依据。根据共模电压是由一系列高频谐波组成这一特性，提出了一种新颖的逆变器输出前馈有源滤波器结构，可有效地消除了变频器输出共模电压的负面效应，实验验证了这种结构的有效性。     

变频器谐波对电机效率的影响分析

随着变频调速系统在电力系统的广泠应用,为降低谐波对调速系统的影响。首先从理论上分析了目前调速系统中广泛使用的PWM调制方式的电压型变频器输出中可能存在的电压和电流谐波分量,并利用Matlab的Powersys库研究了PWM调制方式下的电压型变频器输出的各种谐波含量,并通过实例验证谐波对电机效率的影响。对变频调速系统中电机及变频器的选型提供一定的理论参考。     

混合不对称多电平高压变频器输出共模电压及抑制方法

在高压大功率变频器应用中,共模电压问题是必须考虑的因素,它将影响到系统的可靠性运行。多电平变频器输出共模电压的分析与抑制技术,近年来一直是研究的热点,但目前还没有文献对混合不对称多电平变频器的输出共模电压进行分析。因此对采用混合调制策略的混合不对称多电平变频器的输出共模电压进行了研究,分析了高低压单元对共模电压的不同影响。并在此基础上提出了部分共模电压抑制控制策略,可以有效地消除共模电压中的高频低压成份。最后通过仿真和试验验证了这种方法的可行性与正确性。     

变频器驱动系统滤波器设计研究

由于PWM逆变器输出的脉冲电压在电机接线端子及绕组上产生了差模电压和共模电压;特别是当逆变器通过长线电缆与电机连接时,会在电机端产生电压反射现象,从而在电机端形成很大的过电压,危害电气设备的安全运行。通过对PWM逆变器驱动电机系统产生差模和共模电压机理分析的研究,在变频器输出端抑制电机端差模电压的RLC滤波器的基础上,提出一种改进型变频器输出端无源滤波器的方案,并给出了参数的设计方法。该滤波器可对共模及差模电压同时起到抑制作用,仿真结果验证了该滤波器设计方案的有效性,为变频器驱动系统滤波器设计研究提供理论依据。     

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。     

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。     

级联型高压变频调速系统共模电压分析

了解高压变频系统共模电压及其特点，对整个变频系统的设计具有重要意义。文中较详细地分析了级联型多电平高压变频系统共模电压的产生机理，对两种电压胞脉宽调制(PWM)方法引起的共模电压进行了比较，提出了采用电压胞异相调制和3次谐波注入法减小变频系统共模电压的策略。仿真计算表明，该方法既能减小变频系统输出共模电压，又不致降低直流电压利用率。     

不同空间矢量调制算法的共模电压抑制性能对比研究

三相逆变器供电的电驱系统中往往会产生幅值较高、高频交变的共模电压,对电驱系统的电磁兼容性、电机轴承寿命等产生危害。为抑制共模电压,分析了SVPWM调制算法下共模电压的生成机理,对AZSPWM1、NSPWM、TSPWM等共模电压抑制算法进行了仿真与分析。结果表明种调制算法均能有效地抑制共模电压,TSPWM算法的开关损耗较低、线性调制区域无限制,综合性能较优,但3种调制算法的电机相电流谐波含量均比SVPWM高。试验结果为共模电压抑制方案的选择进一步提供了理论依据和指导。     

直流侧电压高二次纹波率条件下的单相逆变器谐波削弱调制

传统的单极性与双极性单相逆变调制方法的推演是基于直流母线电压为理想恒定直流量的前提。在实际的单相系统中,交直流功率的耦合使得单相逆变器直流母线电压含大量二倍交流电压频率的纹波分量。若采取传统逆变调制,二次纹波分量又使得交流输出侧的三次谐波含量增加,影响交流输出侧的电能质量。文中采用双重傅里叶变换从理论上对输出电压的谐波特性进行评估,从而提出了一种在直流侧电压高二次纹波率条件下的单相逆变器谐波削弱调制方法。利用基于三阶广义积分器的增强型锁相环提取直流母线上的二次纹波分量,并通过在逆变调制系数中注入相反二次分量的方法,达到削弱输出侧三次谐波,降低交流总谐波畸变率的目的。最后,通过实验验证了所提主动调制方法的合理性和可行性。     

无零矢量作用的逆变器结构仿真研究

文章在原有三相两电平的逆变器结构的直流母线上增加了两个开关管,使得共模电压在零矢量作用时得到了消减。同时在MATLAB/Simulink中搭建三相永磁同步电机（PMSM）矢量控制的仿真模型,基于此模型研究了无零序矢量脉宽控制（NZPWM）减少共模电压幅值的控制策略。通过不改变传统空间矢量脉宽调制（SVM）策略,构建了一种逆变器的拓扑结构使得零序矢量作用时无共模电压产生。结合理论与仿真分析,并与SVM比较,结果表明,NZPWM能够有效抑制共模电压幅值,但是线电压的谐波含量有所增加,定子电流、转矩、转速出现大的波动,改变逆变器拓扑的方式比NZPWM更好的抑制共模电压幅值,输出线电压的谐波含量也未增加且电机的电流、转矩、转速特性也未发生改变,研究表明这种结构能有效抑制共模电压且保持原有输出性能不变。     

Optimal common-mode voltage reduction PWM technique for inverter control with consideration of the dead-time effects-part II: applications to IM drives with diode front end

The main theme of this paper is to demonstrate the applications of the newly developed common-mode voltage reduction pulsewidth-modulation (PWM) technique, which restricts the common-mode voltage to one-third of DC-link voltage, to vector-controlled induction motor drives. As compared to previous common-mode voltage reduction techniques, the presented technique can be applied to the inverter with diode front end and has no adverse effect on the linear modulation range. Therefore, vector-controlled drives using the developed technique for inverter control have a wide speed range. Moreover, the effects of the common-mode voltage reduction PWM technique on speed response for vector-controlled induction motor drives will be fully investigated in this paper. It will be demonstrated by intensive experimental results that speed performance does not deteriorate significantly within the rated speed range.     

基于I-DPWM的三电平中点钳位光伏逆变器漏电流抑制方法

对于三电平中点钳位光伏逆变器,基于断续脉宽调制(discontinuous pulse width modulation, DPWM)并通过选择特定矢量进行钳位控制的方法,存在矢量分解计算时间长、注入共模电压分量和漏电流过大等不足。对此,提出了一种基于I-DPWM的三电平中点钳位光伏逆变器漏电流抑制方法。通过计算各类DPWM等效调制波来解析注入的低频共模电压分量。针对低频共模电压分量最小的DPWM1,在低频共模电压不连续点注入新的零序分量,通过减小低频共模电压来抑制漏电流幅值。同时,采用载波实现DPWM,免去了复杂的矢量运算。最后,在Matlab/Simulink平台建立了20 kW三电平中点钳位光伏逆变器的仿真模型,同时结合所设计的125 W实验样机验证了所提方法的有效性。     

Multilevel inverter modulation schemes to eliminate common-mode voltages

It is well known that conventional two-level pulsewidth modulated (PWM) inverters generate high-frequency common-mode voltages with high dv/dt. Similarly, commonly used multilevel inverter modulation schemes generate common-mode voltages. Common-mode voltages may cause motor shaft voltages and bearing currents and conducted electromagnetic interference (EMI). Premature motor bearing failures and electronic equipment malfunctions have been reported to be directly related to bearing currents and EMI. In this paper, approaches to eliminating common-mode voltage when using multilevel PWM inverters are presented. It is shown that inverters, which have an odd number of levels, will generate zero common-mode voltage by switching among certain states. Therefore, motor bearing currents will be eliminated and conducted EMI will be reduced. Both sinusoidal PWM and space-vector modulation (SVM) schemes are discussed and detailed comparative simulation results between conventional and novel modulation schemes are provided. The value of the proposed technique is demonstrated experimentally by applying the novel SVM approach to a conventional multilevel inverter.     

Reduced common-mode modulation strategies for cascaded multilevel inverters

This paper presents modulation strategies for cascaded multilevel inverters that substantially eliminate common-mode voltage on the output phases. The paper begins by developing generic multilevel inverter reference waveforms that use only "allowed" space vectors to achieve reduced common-mode voltage. A graphical technique is then proposed that allows various carrier disposition modulation strategies for a diode-clamped inverter to be converted to equivalent modulation of a cascaded inverter for any fundamental reference waveform. This graphical technique is confirmed for both alternative phase opposition disposition and phase disposition equivalent modulation of a cascaded inverter, and is then used to create reduced common-mode modulation strategies for cascaded inverters from their equivalent counterparts for diode-clamped inverters under both continuous and discontinuous switching conditions. The strategies have been confirmed by both simulation and experimental results obtained using a cascaded five-level inverter.