基于DSP的不连续脉宽调制统一化实现方法研究

在高速永磁同步电机驱动场合,逆变器的开关损耗是影响电机系统驱动效率的主要因素之一,相比传统的七段式SVPWM调制,不连续脉宽调制(DPWM)能极大地降低开关损耗,提高系统效率。现有研究的DPWM调制策略有6种,不同调制策略的降低开关损耗性能及输出谐波都各有差异,为实现系统综合性能最优,采用分段复合调制或目标优化调制。基于DSP应用平台,提出一种新的不连续脉宽调制的统一化实现方法,分析不同调制方法下零序电压中零矢量的分配系数与三相指令电压的关系,针对第二、第三类不连续脉宽调制下零矢量分配系数不是定值的问题,引入基准指令电压,并根据基准指令电压中最大值与最小值之和的正负确定分配系数的值,完成了SVPWM及6种DPWM的统一化实现,不同的调制方法之间可快速切换,实现方法便捷可靠,仿真及实验结果验证了该方法的有效性。

考虑零序环流抑制的两台并联变流器不连续脉宽调制算法统一调制理论的研究

针对两台并联变流器交错载波下6种传统不连续脉宽调制(discontinuous pulse width modulation,DPWM)算法引入过大零序环流的问题,文中深入讨论传统DPWM与交错载波、零序环流峰值之间的耦合机理,揭示6种传统DPWM在交错载波框架下共用两个矢量序列数据库这一关键点。为此,进一步提出统一的修正矩阵,通过对传统DPWM的调制波及其开关动作规律进行修正,替换传统DPWM矢量序列数据库中较大零序环流的矢量组合,得到6种改进型不连续调制算法。另外,提出改进型DPWM算法的统一调制策略,该策略可通过灵活地选择共模注入系数,便捷地在6种改进型算法中切换。理论分析和实验结果表明:改进型DPWM仅抑制零序环流,并未影响传统DPWM优良的电流品质和开关损耗特性。

基于不连续脉宽调制永磁同步电机边带声振响应数值预测

以轻型电动汽车驱动用永磁同步电机为研究对象,针对不连续脉宽调制策略所引入的边带谐波成分,建立多物理场协同仿真模型,实现边带电流谐波与声振响应的特征识别。首先,阐述不连续脉宽调制(DPWM)策略的空间矢量原理及实现方法。其次,基于麦克斯韦张量法,揭示边带谐波成分与径向电磁力的频谱分布规律;并建立Simulink&JMAG协同仿真模型,对DPWM策略所致边带声振响应进行仿真预测,验证了解析模型的正确性。最后,搭建12槽-10极永磁同步电机测试平台,对比分析6种典型DPWM方案的稳态工况仿真与实测数据。结果表明,所构建的多物理场协同仿真模型不仅可以反映边带频谱分布规律,而且能够准确预测边带电流谐波及声振响应的幅值特征。

三相Vienna整流器的不连续空间矢量脉宽调制及电压谐波分析方法

研究一种兼顾低开关损耗和中点电位平衡的三相Vienna整流器不连续空间矢量优化调制方式,通过冗余钳位模式来调节中点电位,给出冗余钳位模式和矢量作用序列选择依据。提出一种适用于三电平调制的新型谐波分析算法,将傅里叶分析与数字控制的思想相结合,通过分段累加的方式分析三电平调制的交流侧电压谐波含量。最后,搭建一台10kW的三相Vienna整流器样机,验证了所提调制方式可以兼顾中点电位平衡和低开关损耗,与空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)相比提高了效率,并仿真验证所提谐波分析算法的准确性。

三相四桥臂逆变器的不连续矢量调制技术研究

为优化传统三维空间矢量调制(3DSVM)下三相四桥臂逆变电路的电能传输效率,结合不连续脉宽调制技术(DPWM),研究将3DSVM进行不连续化的可行性与实现方法。利用线性变换建立三维空间坐标系,对空间矢量进行扇区划分,并对各扇区开关矢量选择方式以及各矢量作用时间的计算方法进行分析与归纳,依据不同计算规则获得4种具体的不连续三维空间矢量调制策略(D3DSVM)。对4种D3DSVM下逆变器输出电压谐波畸变率以及开关损耗与传输效率进行了对比分析,并搭建了仿真与实验平台,对所研究的调制策略的正确性与有效性进行仿真与实验验证。

一种DPWM过调制技术的实现及应用

针对传统SVPWM存在的不足,在详细分析其原理的基础上,提出了一种将不连续脉宽调制DPWM与过调制技术结合的新技术,分别将SVPWM、DPWM全区域算法应用于异步电机调速系统中进行仿真比较,结果表明,采用DPWM全区域算法,在过调制区内不仅可以保持电机运行时各项指标满足要求,而且可以有效减少逆变器功率器件的开关损耗,提高直流侧电压利用率,降低逆变器三相输出相电压及异步电机定子侧三相电流谐波畸变率。

一种减小定子磁链脉动的混合脉宽调制算法

分析了空间脉宽调制技术的定子磁链脉动,提出了一种混合脉宽调制算法(简称Hybrid PWM),在高调制系数区域提高载波频率并采用一种不连续脉宽调制技术(简称DPWM3),在低调制系数区域采用七段式空间脉宽调制技术(简称CSVPWM)。和在整个线性调制区仅用CSVPWM的算法相比,该算法在高调制系数区域减小了感应电机的平均定子磁链脉动。仿真结果验证了算法的正确性和有效性。

一种新的不连续PWM统一化实现方法

针对三相电压源逆变器,提出一种新的实现DPWMMAX,DPWMMIN,DPWM0,DPWM1,DPWM2,DPWM3(统称为DPWMx)调制策略的统一化方法。文中将6扇区矢量图划分为12扇区,对各种传统Ⅲ型DPWMx不连续调制策略参考电压进行分析与归纳,总结出Ⅲ型DPWMx不连续调制策略参考电压与其对应的Ⅰ型DPWMx连续调制参考电压的线性变换关系,并讨论Ⅰ型与Ⅲ型DPWMx调制策略的本质联系,从而为不连续调制策略的分析与实现提供一种新思路。理论上分析采用统一线性变换法实现各种DPWMx策略的可行性,仿真与实验结果验证了该方法的有效性与正确性。

错时采样空间矢量调制技术的频域数学分析

错时采样空间矢量调制是一种新型的开关调制策略,能够在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果,具有良好的谐波特性。文中以不连续脉宽调制为例,首先将其调制波显化,并通过双重傅里叶交换得到其频域数学模型。在此基础上,推导了错时采样空间矢量调制技术的频域数学模型,从而在理论上证明该技术能够大大提高装置的等效开关频率,同时没有基波损失。这个结论普遍适用于各种载波脉宽调制技术。仿真和实验验证了理论分析结果。

基于无差拍和DPWM调制的维也纳整流器研究

维也纳整流器被广泛应用到并网发电设备,例如通信系统和风力发电系统。该整流器具有谐波低和高效率的优点。提出一种无差拍控制和不连续脉宽调制(DPWM)的方法,实现对维也纳整流器的控制。首先对维也纳进行建模,然后提出相应的无差拍控制方法。在此基础上,提出DPWM实现维也纳整流器的开关损耗减少。并针对维也纳整流器存在中点不平衡问题,通过维也纳整流器的冗余矢量实现中点平衡控制。最后,通过实验验证了所提出的DPWM算法的有效性。

基于DPWMMIN调制策略的感应电机驱动系统

为了减小调制过程的开关动作次数与开关损耗,对7段式SVPWM调制策略进行改进,采用DPWMMIN调制策略实现对电压源型逆变器输出电压的精确调制,推导出DPWMMIN调制策略的实现过程。同时在两相旋转坐标系下建立感应电机与逆变桥的数学模型,对定子电流控制器参数进行设计。仿真与实验结果表明,本文采用的DPWMMIN调制方法能够实现对目标电压矢量的精确调制,控制系统具有良好的稳态与动态性能,说明本文采用的调制策略以及控制方法的可行性与正确性。

中点箝位型三电平逆变器中点电压低频振荡抑制方法

对于三电平逆变器中点电压低频振荡问题,传统正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)控制一般不具有中点电压平衡控制作用。该文基于不连续脉宽调制(discontinuous pulse width modulation,DPWM)的基本原理,提出了一种半周期动态调节的DPWM(dynamic half carrier-cycle regulative DPWM,DHCR-DPWM)中点电压平衡控制方法。该DHCR-DPWM控制方法通过控制载波周期内某相桥臂开关不动作,使得正负小矢量作用时间相等,实现对中点电压低频振荡的抑制,控制中点电压平衡。与传统SPWM控制相比,该方法能够提高输出波形质量和系统效率。在基于STM32F407-CPLD的二极管中点箝位型三电平逆变器实验平台上进行了实验验证,实验结果验证了理论分析的正确性和方法的有效性。

基于零序偏移时间的低耗高性能PWM控制方法

根据“伏-秒”平衡原理，提出了一种基于零序偏移时间(ZSOT)的新型脉宽调制(PWM)实现方法，给出了各种 PWM 方式对应的零序偏移时间。从调制范围、开关损耗、总谐波畸变率及输出电压增益等几个方面对比分析了各种 PWM 控制的波形质量，根据分析结果，提出了一种优化的零序偏移时间实现方式，即根据调制指数和负载功率因数角的情况来调整零序偏移时间，从而实现了整个调制范围内逆变器运行的性能优化。仿真与实验结果验证了所提出方法的优越性。

大容量链式多电平变换器的优化CPS-PWM方法

链式多电平变换器的载波移相PWM方法(CPS-PWM)控制性能和输出性能良好,但在高压大容量场合,直流电压利用率低,器件开关频率高,开关损耗大。结合不连续脉宽调制(DPWM)策略自由度控制思想和CPS-PWM方法原理,提出大容量链式多电平变换器的优化CPS-PWM方法;阐述了优化CPS-PWM方法的原理,分析了功率因数角、开关频率、载波相位与开关损耗的关系,分别推导出同相方式和异相方式的频域输出电压公式。同相方式时直流电压利用率可提高1.154倍,异相方式时可消除输出共模电压分量,两种方式的开关频率均降低1/3倍,控制性能和波形质量保持不变。链式多电平逆变器和链式STATCOM的实验结果表明了优化CPS-PWM方法的正确性和可行性。

三相并网逆变器内模控制的改进型GDPWM算法(英文)

针对单位功率因数并网的三相逆变器,推导三相并网逆变器内模控制方程,建立逆变器输出侧功率因数角随逆变器输出电流幅值变化的函数关系,深入分析传统常规化不连续脉宽调制(general discontinuous pulse width modulation,GDPWM)的特点,提出一种改进型最小开关损耗不连续调制(modified general discontinuous pulse width modulation,M-GDPWM)算法,该算法通过比较三相正弦参考电压之间的瞬时大小关系,或者逆变器输出三相电流的瞬时大小关系,来计算需要注入到三相正弦参考电压中的零序分量,从而无需像传统最小开关损耗不连续调制那样需要实时计算功率因数角,即可实现最小开关损耗控制。仿真与实验结果验证了所提M-GDPWM算法的正确性和有效性。

三电平DPWM光伏逆变器的中点平衡控制

传统中点平衡控制方法运用在三电平DPWM(discontinuous pulse-width modulation)逆变器中会打乱DPWM的箝位区域,从而使DPWM策略失效。针对该问题提出了一种新的中点平衡控制方法。此方法在中点电位波动大于正限值时将距离负电平最近的一相箝位于负电平,在小于负限值时将距离正电平最近的一相箝位于正电平,由此推算出调中点电位时刻应注入调制波的零序电压分量。搭建Simulink模型及由DSP控制器和Q8构成的半实物仿真实验平台,对所提算法分别进行了离线仿真及硬件在环(hardware-in-the-loop,HIL)仿真实验,证明了所提算法的可行性及有效性。此方法能简单有效地控制中点电位平衡,无需在每个载波周期都进行复杂的计算即可达到控制目的,同时能确保DPWM低开关损耗的特性。

基于功率因数自适应的城轨辅助逆变器DPWM控制策略

随着轨道交通的快速发展,辅助电源轻量化需求日益迫切。传统不连续脉宽调制(discontinuouspulsewidth modulation,DPWM)控制因其开关管不工作区域固定,在任意负载功率因数下,无法实现开关管在电流最大区域处不动作。该文提出基于功率因数自适应的DPWM控制技术(power factor adaptation DPWM,PFA-DPWM),保证开关管在电流最大1/3周期内不动作,实现开关管最小开关损耗,提升城轨辅助逆变器的效率和谐波性能。该文首先建立连续与不连续空间矢量调制的统一数学模型;接着提出负载功率因数的实时检测算法,建立PFA-DPWM统一数学模型;然后对不同类型DPWM进行开关损耗和谐波性能的理论分析和对比;功率因数角φ在[-π/6,π/6]时,PFA-DPWM控制策略的开关损耗相比于连续调制模式减小了50%。最后,通过仿真和试验结果验证了PFA-DPWM在控制策略开关损耗和谐波性能方面的优越性,以及其可行性和实用性。

CPWM与DPWM统一实现的光伏逆变器研究

为提高光伏并网逆变器的电能质量与发电效率性能指标,深入探讨了基于零序分量注入的载波调制方法。根据连续脉宽调制(CPWM)与空间矢量脉宽调制(SVPWM)的等效原理,设计了一种将等效的空间矢量脉宽调制与不连续脉宽调制(DPWM)统一实现的三相光伏并网逆变器调制方法。该方法可实现等效SVPWM,DPWM1,DPWM3等调制的平滑切换,有极高的灵活性且实现简单,仿真与实验结果证明所提方法可行有效。

级联H桥变换器主动热控制下的谐波性能优化

针对级联H桥变换器主动热控制下不平衡运行时,钳位H桥模块在两倍载波频率附近产生大量谐波的问题,提出了一种级联H桥变换器主动热控制下的谐波性能优化策略。深入分析了变换器中钳位H桥模块热控制下输出电压的谐波失真,设计了基于H桥模块载波角来修正非常规PSPWM以消除了两倍载波频率边带谐波。利用级联H桥变换器样机开展了实验,测试结果为,采用谐波性能优化控制后,两倍载波频率附近主导谐波被消除,同时钳位H桥模块温度降低0.9℃。测试结果表明,主动热控制下的新型谐波性能优化策略可有效提高级联H桥变换器系统输出谐波性能,并实现H桥模块热均衡。

单电阻电流采样的三相电机不完全DPWM方式

为解决单电阻电流采样的三相电机控制系统低速运转中不连续脉宽调制(DPWM)方式使电流采样恶化的问题,提出一种不完全DPWM方式。不完全DPWM方式的调制波峰值随电机转速变化,与直流母线电压正值或负值留有一定距离,在整个调制波周期均进行脉宽调制(PWM)。为避免直接切换到DPWM方式的电流波动,提出由不完全DPWM方式向DPWM方式切换的过渡过程,调制波峰值按预定斜率慢慢达到直流母线电压正值或负值。实验证明在电机低速时采用不完全DPWM方式及向DPWM方式切换的过渡过程,能有效改善电流采样恶化及DPWM方式切换时的电流波动问题。