两电平与三电平NPC逆变器单桥臂故障重构拓扑SVPWM算法比较研究

四开关三相逆变器(four-switch three-phase inverter,FSTPI)和八开关三相逆变器(eight-switch three-phase inverter,ESTPI)分别为两电平逆变器和三电平中点钳位型(neutral-point-clamped,NPC)逆变器的单桥臂故障重构拓扑,不同故障重构桥臂对应不同的FSTPI和ESTPI拓扑。在分析二者工作原理的基础上,对所有FSTPI和ESTPI的拓扑、空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)算法及其等效载波脉宽调制(carrier-based pulse width modulation,CBPWM)算法进行比较研究。理论研究表明,所有FSTPI和ESTPI都可等效为施加某些限制条件的三电平NPC逆变器拓扑,且直流电压利用率为其一半。这些FSTPI和ESTPI的SVPWM算法都分别互相等效,并且这6种拓扑的SVPWM算法等效CBPWM算法都是以两个相同的相位相差π/3的正弦波为两相调制函数与三角载波进行比较,不同之处仅在于三角载波个数。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性与有效性。     

五桥臂逆变器驱动的双永磁同步电机系统占空比优化调制策略

以五桥臂电压源逆变器驱动两台三相永磁同步电机控制系统为研究对象,提出一种适合该系统的占空比优化调制策略。在空间矢量脉宽调制的基础上,分析逆变器驱动信号占空比的取值范围;为满足不同情况下公共桥臂的控制要求,分别对5个桥臂的占空比进行合理优化。该策略在两电机解耦控制的同时,有效减少了两电机受零电压矢量控制的时间,扩展了系统的调速范围,从而能提高直流母线电压的利用率。仿真和实验结果验证了该调制策略的可行性和有效性。     

双永磁同步电机五桥臂变换器模型预测控制

基于五桥臂逆变器供电的两台三相永磁同步电机系统,提出了一种基于模型预测方式的控制策略。在空间矢量脉宽调制的基础上,分析了五桥臂双电机控制数学模型;利用所建立的数学模型,本文提出的模型预测控制策略能够筛选出合适的空间电压矢量,在保证两电机速度独立控制的同时,缩短系统动态调节时间。仿真和实验结果验证了该控制策略的可行性和有效性。     

电容箝位型非对称H桥五电平逆变器 正弦脉宽调制控制

为简化多电平逆变器拓扑结构、提高性能,构建了电容箝位型非对称H桥五电平逆变器。提出一种新型的锯齿载波交错正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)策略,通过在每个载波周期内控制电容充、放电时间相等,保证电容电压平衡。采用锯齿载波,在扩展的三相系统中,控制任意两相电压相对应的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)脉冲对始终位于对应锯齿载波的起始(末尾)侧,消除了线电压中部分相邻“电平层”交叠的现象。对3种同类五电平逆变器及其对应的调制策略进行对比分析,构建的拓扑所用功率器件最少,等效开关频率为载波频率的2倍,电容电压平衡且波动幅度较小,线电压谐波含量最少。实验结果验证了该拓扑及其调制策略的正确性与有效性。     

五桥臂逆变器驱动双异步电机调速系统的调制方法研究

在电力机车、电动汽车以及一些工业应用中,常需要两台或者两台以上的电机并联运行.因此,系统中需要多个逆变器.为了降低成本,针对两台电机独立控制的需求,本文研究了采用五桥臂逆变器拓扑的控制系统,并提出了一种适用于五桥臂逆变器的改进型七段式PWM调制方式.该调制方式基于传统的空间矢量脉宽调制技术,通过将控制周期进行分区来实现...     

五相逆变器双电机驱动系统直接转矩控制

该文针对五相逆变器双电机驱动系统提出了一种直接转矩控制方法。首先通过传统的直接转矩控制得到两台永磁同步电机的6个相开关状态,其中4个相开关状态直接施加到4个独立桥臂,然后通过权重函数确定公共桥臂的开关状态。该文还分析了电机性能的畸变情况。实验结果验证了五相逆变器双电机驱动系统直接转矩控制的可行性及有效性。     

电力推进系统电力电子噪声的主动抑制技术进展

应用电力电子变流器的电力推进系统会带来电力电子噪声,并威胁可靠性。除了采用额外元件的无源滤波方法之外,采用结合脉宽调制(pulse width modulation,PWM)和拓扑结构的有源抑制方法可以得到更高的功率密度。该文介绍3种主要的抑制方法:变开关频率PWM、载波移相和零共模PWM方法,其中后两者是基于逆变器并联结构的方法。进一步地,可以应用载波移相或者零共模PWM设计双三相电机结构,实现直接在电机上对噪声进行抑制。这种结构是未来电力推进中一个有潜力的方案。     

基于新型三电平逆变器的无刷直流电机控制方法

为了提高控制性能和驱动容量,无刷直流电机常采用二极管钳位式三电平逆变器结构,但是这种结构存在桥臂内侧功率开关器件关断过电压及中点电位不平衡的问题,论文提出了一种新型三电平逆变器驱动的拓扑结构并进行了研究。首先对其钳位三相桥臂内侧6个功率开关器件关断过电压的原理进行了对比分析,并对4种开关状态的自动均压原理进行了研究,分析了其64种电压空间矢量对中点电位的影响特性。接着提出了钳位电容电压的平衡控制策略,进而给出了基于空间向量脉宽调制(space vector pulse width modulation, SVPWM)的策略,并给出了无刷直流电机基于新型三电平逆变器结构的双闭环控制策略。最后基于样机平台进行了实验,结果证实了研究内容的正确性和有效性。     

飞跨电容型多电平逆变器空间矢量与载波脉宽调制统一理论研究

目前对于飞跨电容型多电平逆变器下载波脉宽调制(carrier-based pulse width modulation,CBPWM)和空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)之间的统一理论尚缺乏系统的分析和研究。该文针对飞跨电容型逆变器众多的冗余状态,对其输出序列中各开关序列及其作用时间做了详尽的分析,并在此基础上提出了一种新颖的调制波分解方法,该法可以在调制的半个周期中自由分配冗余状态的作用时间,以满足不同的输出需求。以三电平和五电平逆变器为例,通过此法向CBPWM调制波注入零序电压再行分解调制,可以得到与SVPWM一致的调制序列,达到利用简单易行的CBPWM来实现复杂的SVPWM输出的优势,并将该统一理论推广到n电平下任意段数,仿真和实验表明了该理论的正确性。     

H桥型五相感应电机SVPWM控制技术

多相感应电机较传统三相电机具有诸多的优势,但多相电机电压空间矢量多,控制复杂。针对该问题,建立了五相感应电机的数学模型,分析了H桥逆变器的结构与工作原理。对五相电机的电压空间矢量进行了分析与计算,综合考虑电压脉动与开关损耗等因素,给出了五相电机的电压空间矢量脉宽调制SVPWM（space vectors pulse width modulation）算法。该算法在MATLAB的仿真平台和基于双数字信号处理器DSP（digital signal processor）控制的变频调速系统上均予以实现,证明了方法的有效性。     

一种抑制三相两电平逆变器电流纹波的变零矢量分配PWM方法

三相两电平逆变器广泛应用于交流电机驱动、电能变换等领域。由于逆变器的输出电流含有纹波成分,会给系统带来损耗增加、性能下降等问题。在脉冲位置居中对称的前提下推导了电流纹波模型,分析了脉冲宽度调制PWM(pulse width modulation)技术中开关周期、脉冲占空比和脉冲位置对电流纹波的影响,并提出了一种改变脉冲占空比抑制电流纹波的PWM方法,即变零矢量分配脉冲宽度调制VZDPWM(variable zero-vector distribution pulse width modulation)技术。最后,通过仿真和实验验证了VZDPWM抑制电流纹波的有效性。     

过调制区内两电平SVPWM与CBPWM算法的内在联系研究

在低压电机驱动控制系统中,通常采用过调制方式来提高直流电压利用率,进而扩展电机运行范围。为揭示电机驱动控制算法中过调制区内空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modu lation,SVPWM)和载波脉宽调制(carrier-base PWM,CBPWM)算法的内在联系,该文首先分析基于叠加原理的SVPWM过调制算法;然后根据脉宽调制的规则采样法,分别推导出了过调制I段和II段与SVPWM等效的CBPWM调制函数形式;最后给出随着调制度变化相应的等效调制函数的变化规律。理论研究表明:在线性调制区和过调制区内SVPWM都是一种特殊形式的CBPWM算法。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和有效性。     

三电平双组双调制波载波脉宽调制方法

中点电位不平衡问题是三电平中点钳位(neutral point clamped,NPC)逆变器的固有问题,目前的中点电位平衡方法或者在部分条件下无法完全消除中点电位低频波动,或者存在开关频率偏高的问题。提出一种双组双调制波载波脉宽调制(double-group double-modulation-wave carrier-based pulse width modulation,DGDMWPWM)方法。DGDMWPWM由平均中点电流大小相等方向相反的两组双调制波根据中点电位的方向进行切换调制,既能完全消除三电平NPC逆变器的中点电位低频波动,又具有开关频率较低的优点。详细阐述该脉宽调制(pulse width modulation,PWM)的基本原理,并通过仿真和实验研究验证了该PWM的有效性。     

三相电压型准Z源逆变器电路拓扑和调制策略

准Z源逆变器具有宽范围升压能力,适用于光伏风力等可再生能源发电。从拓扑和调制策略两方面详述了三相电压型准Z源逆变器的发展与现状,并获得了重要结论。其电路拓扑包括基本型、强升压能力改进型、低电压应力改进型和能量存储型4类,其中强升压能力改进型又分为单阻抗网络和级联阻抗网络2类,给出了电压应力、升压能力等特性比较;低电压应力改进型包括三相三电平中点钳位、级联多电平和级联Trans等。调制策略有正弦脉宽调制SPWM(sinusoidal pulse width modulation)、改进空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)和消除共模漏电流改进脉宽调制PWM(pulse width modulation)3类,给出了调制系数、电压应力特性比较。     

三相双Buck逆变器过零畸变问题与解决方法

双Buck拓扑克服了传统桥式拓扑上下桥臂的直通问题,将其应用于三相并网逆变器,能够避免驱动信号死区引入的低次谐波,从而降低进网电流谐波含量,且外接快恢复二极管续流,减小了反向恢复损耗。然而,为消除电感的偏置电流以及提高逆变器效率,双Buck逆变器需采用半周期控制策略,导致了进网电流的过零畸变。针对带LCL滤波器的三相双Buck逆变器,分析半周期控制所导致过零畸变的原因,提出带纹波电流负反馈的半周期空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制方法,通过在过零点处改变空间电压矢量的基准,有效地消除了进网电流过零畸变,并讨论新型控制算法对系统稳定性的影响,通过仿真和实验验证理论分析。     

三相全桥逆变器分岔特性研究

三相全桥逆变器是一种得到广泛应用的电力电子拓扑结构,由于其固有非线性特性,在运行时可能经历快、慢时间尺度上的分岔进入混沌失稳状态。该文在同步旋转坐标系中,分别建立三相全桥逆变器在采用正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)和空间矢量调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)时的状态空间平均模型和离散时间模型,从而完成对三相全桥逆变器发生在快、慢时间尺度上分岔行为的理论分析。并比较了两种调制算法下三相全桥逆变器的单周期运行边界,得出在连续导通下,就稳定域而言,SPWM要优于SVPWM的结论。通过实验对所提理论进行了验证。该文所得模型可对三相全桥逆变电路的分岔边界进行预测,为三相全桥逆变器的分析和设计提供参考。     

级联型多电平变流器新型载波相移SPWM研究

将单极性正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)引入到级联型多电平变流器中,提出一种新型载波相移SPWM策略。该策略较传统的载波相移SPWM可以节省一半的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)脉冲发生器,对级联型多电平逆变器的数字化实现有重要的理论和实用价值。给出新型载波相移SPWM的2种调制方式,分别推导频域调制模型,并对其谐波特性进行分析、比较和仿真验证。仿真结果表明,对于单相系统,2种方式基本相当;对于三相系统,方式二的谐波特性更好。分析新型载波相移SPWM技术的热稳定性问题,并给出其解决办法。实验结果验证了理论分析和仿真研究的正确性。     

双逆变器SVPWM调制策略及零序电压抑制方法

双逆变器具有与三电平逆变器相同的空间电压矢量分布,使直流母线电压利用率提高,在开放式绕组电机驱动系统中得到广泛应用。该文在分析双逆变器工作原理的基础上,研究双逆变器的调制策略,提出一种最大电压范围的双逆变器空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略,该策略首先将空间电压矢量平面划分为6个扇区,从而将参考电压矢量分解为两段:其中一段矢量等效为将双逆变器中的一个逆变器钳位在某一特定开关状态;另一段矢量由另外一个逆变器在其6个子扇区内调制实现。为抑制SVPWM调制所带来的零序电压,引入等效零矢量分配因子,通过零矢量产生的零序电压来抵消基本电压矢量合成时产生的零序电压。在开放式绕组永磁同步电机矢量控制系统中进行了仿真和实验研究,仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。     

基于有限状态机的五桥臂逆变器改进调制策略

针对五桥臂逆变器输出存在的反向电压脉冲问题,本文提出了一种基于有限状态机(finite state machine,FSM)的五桥臂逆变器改进调制策略.首先,深入分析了反向电压脉冲的产生机理以及给电机调速系统运行带来的危害.在上述分析的基础上,依据电压源逆变器空间矢量脉宽调制理论,通过对电压空间矢量脉宽分布进行优化调整,实现了改进的五桥臂逆变器调制策略,从机理上抑制了反向电压脉冲的产生.本文将提出的改进调制策略与原有的空间矢量脉宽调制策略进行了实验比较,实验结果表明该调制策略不仅实现了对两台电机的独立控制,而且有效的改善了五桥臂逆变器的输出电压质量,特别是使开关频率附近的电压高次谐波分量减小到原有的1/4.     

三倍流整流ZVS PWM三相全桥直流变换器

为了解决大功率电源中开关管电流应力较高的问题,提出一种采用脉宽调制(pulse width modulation,PWM)控制的三倍流整流零电压开关(zero voltage switching,ZVS)三相全桥直流变换器。该变换器原边采用三相全桥型结构,副边采用三倍流整流电路,尤为适合于高压输入、低压大电流输出的大功率电源场合。由于采用了三相交错并联的结构,不仅开关管的电流应力可以降低,而且输入输出电流脉动频率提高至开关频率的3倍,进而可以大大减小滤波器的体积。基于PWM控制,所有开关管可以实现ZVS。桥臂下管实现ZVS的能量来自于滤波电感,非常容易实现ZVS;桥臂上管实现ZVS的能量来自于两相变压器的漏感,相比于移相全桥变换器滞后桥臂容易实现ZVS。该文试制一台360 V输入、48 V/42 A输出的原理样机,并给出实验结果。