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SVPWM与CBPWM算法的内在联系研究

由于三电平中点钳位逆变器能有效提高逆变器系统容量和耐压水平,减少输出电压的谐波,所以其在中高压大容量电能变换领域中得到了广泛应用。为了揭示三电平中点钳位逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)和载波脉宽调制(CBPWM)算法的内在联系,本文首先分析了三电平SVPWM算法的原理,并根据调制度的大小将整个线性调制范围分为3段,然后根据脉宽调制的规则采样法,分别推导出了3个调制段内与SVPWM等效的CBPWM调制函数形式。理论研究表明:三电平SVPWM算法是一种特殊形式的CBPWM算法。最后仿真和实验结果证明了理论分析的正确性和有效性。     

基于叠加原理的八开关三相逆变器全调制度范围内两种等效PWM算法

对八开关三相逆变器(ESTPI)两种基于不同基本电压矢量的全调制度范围空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法进行比较研究,在此基础上,为了提高ESTPI直流电压利用率,提出一种基于叠加原理的SVPWM过调制算法,进而得到ESTPI全调制度范围SVPWM算法,该算法根据调制度的大小,将整个ESTPI运行区域划分为线性调制区、过调制模式Ⅰ区和过调制模式Ⅱ区。从调制函数角度出发,基于PWM规则采样法,推导与SVPWM算法等效的载波脉宽调制(CBPWM)算法,并得到了随着调制度的变化,CBPWM算法调制函数的变化规律。仿真和实验结果表明,这两种算法作用下的输出线电压基波幅值与调制度呈线性关系,且最多能将其提高约10.2%。     

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。     

一种应用于多电平SVPWM的过调制算法

为提高多电平逆变器电压输出能力,提出一种适用全调制度范围的过调制方法,该方法是对多电平逆变器线性调制区的扩展。基于两电平简化算法,根据调制度m_i(0≤m_i≤1),划分为三种调制模式,即线性模式(0≤m_i0.907),过调制模式Ⅰ(0.907≤m_im_(max2))和过调制模式Ⅱ(m_(max2)≤m_i1)。过调制模式Ⅰ引入补偿因子λ,补偿了系统在过调制区域的伏秒损失;在过调模式Ⅱ中,引入简化"压频"计算,可快速计算切换角度αh。三种模式均无需存储数据及复杂的计算公式,易于拓展至n级电平及处理器数字化实现。基于五电平NPC/H型逆变器,仿真及实验表明,在全调制度范围内,该算法具有输出基波电压增益线性、谐波含量低及易于实现的特点。     

四开关SVPWM算法及其与SPWM的关系

作为传统六开关逆变器故障后的重构拓扑和低成本逆变器,三相四开关逆变器具有重要的研究和应用价值.对四开关逆变器的空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制方法进行了研究,提出了低开关频率"七段式"四开关SVPWM(FS-SVPWM)算法.揭示了FS-SVPWM实质是以两路相位相差π/3电角度的正弦波为隐含调制函数的SPWM控制,为FS-SVPWM提供了简单的等效实现方法.仿真和实验结果证明了理论分析的正确性和算法的有效性.     

一种基于优化SPWM的过调制新方法

优化正弦脉宽调制(SPWM)是一种基于载波比较的三相电压型逆变器调制方法。首先采用傅里叶级数分析了优化SPWM的基波指数与调制度的函数关系,然后提出该优化SPWM过调制策略并分析算法所引入的总谐波畸变率(THD),给出了含过调制功能的优化SPWM算法程序流程图。最后,采用一款ARM Cortex-M3内核的微处理单元(MCU)进行实验,结果表明该过调制方法引入的谐波较少,能充分利用逆变器的直流母线电压。     

容错三相四开关逆变器控制策略

三相四开关逆变器作为传统六开关逆变器的容错拓扑得到了广泛重视,然而其控制性能低于六开关逆变器。在深入分析四开关逆变器运行原理的基础上,研究四开关逆变器的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制方法,揭示四开关SVPWM控制的本质是以2路相位相差60°电角度的正弦波为隐含调制函数的正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)控制。为减少器件的开关次数,提出四开关SVPWM的"七段式"实现方式。指出四开关SVPWM最大线性调制比只有六开关时的一半,为提高直流电源电压的利用率,提出基于补偿电压矢量的四开关逆变器SVPWM过调制方法。仿真和实验结果证明了所提算法的正确性和有效性。     

SVPWM技术的理论分析及仿真

以电机的基本理论出发，介绍了空间矢量的基本原理。分析了电压型逆变器SVPWM的方法。根据脉宽调制的规则采样法，得出SVPWM隐含调制函数，通过和SPWM调制函数的比较，给出了SVPWM中调制度的计算公式。仿真结果证明了理论分析的正确性。     

空间矢量脉宽调制技术的算法及其仿真研究

在分析空间矢量脉宽调制(SVPWM)机理的基础上,详细推导了SVPWM算法,对传统算法进行了等效简化并在原有算法的基础考虑了扇区过渡和过调制两种特殊情况,使算法得以优化和完善。基于改进后的SVPWM算法,在Matlab/Simulink环境下建立了SVPWM控制的三相电压型逆变器模型,通过改变算法中的某个系数实现了连续调制和不连续调制方式,仿真结果证明了改进后算法的正确性。最后提出了一种可以使开关损耗降低约50%的不连续调制策略。     

基于零序偏移时间的载波空间矢量脉宽调制技术

基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)与对称采样零序信号注入正弦脉宽调制(SPWM)是等效的这一理论,提出了一种基于零序偏移时间(ZSOT)的载波型空间矢量脉宽调制方法,运算速度明显快于传统的空间矢量脉宽调制算法,极易在中低档次的微处理器上数字化实现.仿真结果验证了所提出方法的正确性和优越性.     

三相逆变器统一空间矢量PWM实现方法

通过分析空间矢量脉宽调制(SVPWM)和载波PWM方法之间的内在关系,建立了包含各种连续和不连续SVPWM及SPWM方法的显性调制函数表达式,从而提出了基于载波的统一SVPWM实现方法.并且,在此基础上提出了一种三相逆变器统一SVPWM快速算法.该算法直接利用三相参考电压瞬时值计算PWM信号的开关状态切换时间,不需进行坐标变换、三角函数运算、扇区判断和有效矢量作用时间的计算等,因此更易于各种SVPWM方法的数字化实现.最后,对三相逆变器在SPWM和各种SVPWM控制方式下的输出电压谐波特性进行了对比分析.仿真和实验结果表明本文提出的三相逆变器统一空间矢量PWM实现方法是可行的和有效的.     

双Y移30°永磁同步电机的空间矢量调制

阐述了双Y移30°永磁同步电动机电压空间矢量脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术的2种矢量选择方式,提出一种新颖的空间矢量过调制技术。过调制区域根据调制度分为4种模式。在过调制方式I和II中,对z1-z2电压平面上的电压矢量采用不同的优化策略。依据电压输出矢量自身的特性,提出了一种易于DSP实现的寻找次优解的方法。为进一步提高直流母线电压利用率,过调制方式III和IV采用两电压矢量调制,不再对z1-z2电压平面上的电压矢量进行优化。通过仿真计算,对输出电压的波形和谐波成分进行分析。构造基于低功耗定点数字信号处理器TMS320F2812的7.5kW双Y移30°永磁同步电动机控制系统。实验结果证实提出方法的正确性和可行性。     

优化开关模式单相SVPWM与载波PWM统一性研究

针对单相脉宽调制(PWM)逆变器,在分析单相电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)基本原理的基础上,给出了一种优化开关模式单相SVPWM的DSP实现方法。该模式有效避免了PWM周期间和逆变电压扇区间的电压矢量突变问题,降低了逆变开关损耗,且逆变输出波形谐波含量低。通过分析推导优化开关模式单相SVPWM的载波调制形式及其零序信号形式,论证了优化开关模式单相SVPWM与载波PWM的统一,实验结果验证了分析的正确性。     

采用降损模式的单相SVPWM全桥逆变器

为提高单相PWM全桥逆变器的效率,将空间矢量脉宽调制(SVPWM)应用于单相逆变器。通过单相SVPWM与其等效三角波调制的比较,分析彼此的本质联系。参照三相SVPWM零电压矢量选择技术,将降损开关模式应用于单相SVPWM逆变器。与传统开关模式相比较,降损开关模式可降低开关损耗50%并延长开关管寿命。实验结果验证了单相SVPWM技术的优越性。     

无传感器永磁同步电机调速系统高速运行性能研究

在永磁同步电机—压缩机系统高速运行时,传统的SVPWM控制无法使电机获得最大的输出转矩。同时,由于工作环境的限制,系统无法安装位置传感器。针对以上特点,本文采用模型参考自适应方法辨识电机转子位置,并采用单模式过调制算法控制逆变器,实现了无传感器过调制永磁同步电机矢量控制系统。仿真和实验结果表明,本文所采用的控制方法不仅可以实现永磁同步电机-压缩机系统的高速稳定运行,而且有效地提高了系统的带负载能力。     

基于DSP的SVPWM逆变电源的仿真研究

针对传统脉冲宽度调制(SVPWM)的逆变电源,效率低,可靠性差等缺点,采用空间电压脉宽调制(SVPWM)技术改善逆变电源的输出波形质量,并在Matlab/Simulink环境下对SVPWM控制的逆变器系统进行了仿真,给出了相应的仿真结果。为了实现全数字化控制,提出了用DSP生成SVPWM的方法。在分析TMS320LF2407数字信号处理器芯片特点的基础上,给出系统实现的软硬件结构。该系统电路简单、可靠性高。     

两相SVPWM原理及经典两相SVPWM算法

分析两相电压空间矢量脉宽调制原理及其实现方法,提出了经典两相SVPWM算法,该算法根据调制比将调制模式分为线性调制模式、过调制模式Ⅰ和过调制模式Ⅱ。重点分析了过调制模式,利用傅立叶分析给出对应模式下参考角的推导方法,计算了在过调制模式下的输出相电压各次谐波幅值。经典两相SVPWM算法能实现电压空间矢量调制由线性调制模式到过调制模式直到方波的连续过渡,实现了全调制区域的运行,最大限度地利用了直流电压。     

一种新的N电平电压源逆变器的空间矢量调制算法

随着逆变器电平数的增加,其空间矢量调制算法(space vector pulse-width modulation,SVPWM)也越来越复杂。该文提出一种任意电平逆变器的SVPWM算法。对两电平逆变器的矢量作用时间进行线性变换,可获得任意电平逆变器中合成参考矢量的电压矢量及其作用时间。推导出任意电平和两电平之间的电压矢量及其作用时间变换矩阵。讨论任意电平逆变器脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)序列,提出一种电力电子器件损耗均匀分配的序列方式。最后,通过仿真验证算法的可移植性,在三电平实验室样机上,验证算法能满足逆变器控制的实时性要求。