Comparison of performance between bipolar and unipolar double-frequency sinusoidal pulse width modulation in a digitally controlled H-bridge inverter system

By deriving the discrete-time models of a digitally controlled H-bridge inverter system modulated by bipolar sinu- soidal pulse width modulation （BSPWM） and unipolar double-frequency sinusoidal pulse width modulation （UDFSPWM） respectively, the performances of the two modulation strategies are analyzed in detail. The circuit parameters, used in this paper, are fixed. When the systems, modulated by BSPWM and UDFSPWM, have the same switching frequency, the stabil- ity boundaries of the two systems are the same. However, when the equivalent switching frequencies of the two systems are the same, the BSPWM modulated system is more stable than the UDFSPWM modulated system. In addition, a convenient method of establishing the discrete-time model of piecewise smooth system is presented. Finally, the analytical results are confirmed by circuit simulations and experimental measurements.

Research of the Unity Theory Between Three-level Space Vector and Carrier-based PWM Modulation Strategy

两电平空间矢量脉宽调制（space vector pulse widthmodulation,SVPWM）与正弦脉宽调制（sinusoidal pulse widthmodulation,SPWM）存有一定的本质关系,对于三电平,在常见的8段式SVPWM序列中可以证明,SVPWM与SPWM本质上也存在某种统一。实际的SVPWM调制中,由于要考虑中点电压平衡、减少谐波等其它性能问题,一般会利用开关冗余状态得到8段以上的开关调制序列。目前的文献中还未曾有对这些情况进行统一性地验证,因此三电平SVPWM与SPWM的统一理论存在一定的不足。研究发现,可通过严格地理论推导将传统意义上的调制波分解为2个子调制波,再进行SPWM调制,可以得到与SVPWM完全吻合的序列。该文在此方法基础上深入研究了8段以上（10、12、14段）的SVPWM调制序列与SPWM的统一。经过严格地理论推导,成功实现了含任意段数的SVPWM序列与SPWM的统一。仿真结果证明了该理论的正确性。

单极性SPWM逆变器并联环流分析与抑制

单极性正弦脉冲宽度调制SPWM(sinusoidal pulse width modulation)具有开关损耗低、效率高、输出波形良好的优点,然而在逆变器并联系统中,使用单极性SPWM方法可能引发环流,造成系统效率降低、电流波形畸变甚至器件损坏。对比采用4种不同单极性SPWM方法时并联系统的环流产生情况发现,只有双臂斩波单极性SPWM会引发环流,并从控制结构上分析了这一环流产生的原因。此外,针对使用双臂斩波单极性SPWM的情况,提出了一种不需要额外增加硬件成本的控制方法,可以避免在逆变器并联系统中引发环流。通过仿真与实验验证了该方法的可行性与有效性。

基于SPWM调制技术的采集终端备电系统设计

以往的采集终端备电系统虽然能在电网停电的状态下持续供电,但其电能转化率低,造成了很大的资源浪费。在上述背景下,设计基于正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)技术的采集终端备电系统。在硬件设计上,设计了备电光伏板和采集电源信息继电器;在软件设计上,利用SPWM调制技术转化率高、低成本、高效能的特点设计了系统的逆变输出模块,结合发电模块和蓄电模块,完成了采集终端备电系统的设计。通过系统实验表明,设计的备电系统电能转化率远高于以往的备电系统,电能转化率更高。

SPWM与SVPWM的宏观对等性研究

基于正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)与空间矢量脉宽调制(space vector pulse widthmodulation,SVPWM)的基本原理,分析并论证两种算法在性质上的一致性。建立两种算法所在算法空间的一一映射关系,分析并得到两种算法基于基本载波周期的宏观差值函数——零序空间矢量基本函数。基于零序空间矢量基本函数确定的零序分量,将SVPWM等价映射为基波调制波中注入该零序分量的SPWM,建立从载波角度研究SVPWM的新方法。从外部输出结果与内部分析效能两个方面对所得结论进行数值仿真,证明了所得结论的正确性和有效性。

矩阵变换器的SPWM控制技术及其实现

通过把矩阵变换器等效为虚拟的交 直 交变换器 ,将SPWM控制技术应用于其中 ,提出了矩阵变换器的SPWM控制策略。应用DSPTMS32 0C2 4 0对控制系统进行了设计 ,使该系统不仅满足了矩阵变换器对控制实时性的要求 ,性能良好 ,而且使系统的软、硬件电路的设计变得简单、灵活。

双级矩阵变换器的SPWM控制策略及无功功率控制

为消除整流级输出直流脉动电压对三相输出电压的影响,应用正弦脉宽调制技术对双级矩阵变换器的逆变级进行调制,利用开关函数概念推导出调制波的补偿函数。通过研究整流级功率因数的调节作用,提出了动态划分输入电压区间的方法和控制策略。采用该控制策略运用Matlab／Simulink进行仿真,结果表明了该控制策略的正确性和有效性。

电流型组合变流器相移SPWM技术的数学分析

组合变流器相移SPWM技术是多重化技术和SPWM的有机组合，在较低的器件开关频率下能够实现较高开关频率的效果。本文从自然采样二逻辑SPWM技术出发研究了三逻辑SPWM技术和电流型组合变流器相移SPWM技术的数学关系。在此基础上派生出一些三相变流器的推论。

采用三相四桥臂抑制逆变器共模干扰的SPWM控制策略

为了减少三相三桥臂逆变器因电路不对称而产生的共模电压和电流,提出了一种基于三相四桥臂结构的正弦波脉宽调制(SPWM)控制策略。该策略是在SPWM载波移相控制技术基础上,采用跳变后移控制方法,确保任何情况下逆变器四个桥臂的输出都能达到平衡,从而抑制共模干扰的产生。与原来的三相四桥臂SPWM载波移相控制策略相比,该策略突破了SPWM调制指数必须小于0.666的限制,避免了直流电压利用率低下的缺陷,适用于在任意调制指数情况下的工作。仿真和实验证明了该方法的有效性。

基于SPWM与SVPWM的目标随优PWM算法

通过对总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)的分析,证明基于最小THD的多电平脉宽调制(pulse widthmodulation,PWM)电平选择策略的存在。进一步对多相多电平PWM进行THD最优化分析,建立与相数、电平数及单相目标波形的具体形式无关的目标随优PWM算法。将所得结论应用于正圆形目标轨迹,论证空间矢量脉宽调制最优算法和零矢量对称分配方案的本质,揭示多相PWM中谐波注入应遵循的普遍规律。从理论推导、数值仿真和实验3个方面对算法进行检验,检验结果证明了所做结论的理论正确性和应用广泛性。

CPS-SPWM在级联型有源电力滤波器中的应用

提出了基于载波相移-正弦脉宽调制(CPS-SPWM)技术的级联H桥型多电平变流器,它是CPS-SPWM技术与级联H桥型变流器拓扑结构的结合,同时具备二者的优点,在大功率变流器领域具有很好的应用前景。文中给出了载波相移技术在级联H桥型变流器上的具体实现方法,并将其应用在并联型有源电力滤波器(APF)中,对直流侧总电压闭环电压控制的原理进行了验证。仿真和实验结果表明,该并联型APF系统在低开关频率情况下能够准确有效地补偿谐波和无功电流,性能良好。

新型三相SPWM技术的研究

利用等效面积补偿的方法推出一种新颖的三相 SPWM技术 ,使调制度 1≤M≤ 1 .2 7时输出电压基波幅值和 M仍保持线性调制关系 ;减小了开关次数 ,使损耗下降。采用分段同步调制技术 ,使三相 SPWM相位精度高 ,波形对称 ,有效抑制了高次谐波 ;充分利用专用单片机内部资源 ,使程序简单 ,运行效率高 ,是一种高效能三相

基于FPGA技术的三电平自然采样SPWM全数字化理论研究与实现

数字化的正弦脉宽调制,能够提高脉宽控制信号输出精度,缩短控制响应时间,增加系统安全稳定性。该文结合高压大功率中性点箝位三电平逆变电路的特点,对其自然采样正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)数字化理论进行了研究。论文构建了基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的三电平自然采样SPWM全数字化框架,并对三角载波形成、正弦调制波形成、开关状态组合配置,以及死区设置的数字化实现方法进行了研究。提出了一种基于FPGA技术的开关时间的超实时比较计算方法,该方法避免了自然采样SPWM中泰勒级数展开与收敛判断等复杂计算,相比目前数字化常用的规则采样而言,其输出波形谐波含量可以得到进一步降低。论文最后利用超高速集成电路硬件描述语言(very high speed integrated circuit hardware description language,VHDL)与FPGA芯片,对理论研究内容进行了编程实现,软件仿真与试验结果证明了该文数字化理论的正确性与可行性。

智能化逆变电源研制及其SPWM波软件生成

介绍了一种基于微处理器的中小功率逆变电源系统，讨论了系统的硬件、软件设计和正弦脉宽调制（ＳＰＷＭ）波的生成和输出稳压方案的设计，提出了一种软件实现ＳＰＷＭ 波的新方法．实验数据表明，该系统具有良好的稳压性能和很小的波形失真。

感应加热电源的IGBT驱动保护系统设计

为提高感应加热电源的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)信号源与保护电路的稳定性,设计了应用于工业化低频大功率感应加热电源设备的IGBT驱动保护系统。系统整体采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)+数字信号处理(DSP)协同工作方案,由低频正弦脉冲宽度调制(SPWM)技术控制,以脉冲变压器2ED300C17-S为IGBT保护电路的核心,设计了IGBT故障处理电路、退饱和检测电路与有源钳位电路等多种保护电路。对系统进行理论分析与Matlab/Simulink仿真,搭建了实物测试平台。试验结果表明,当工件加热到900℃时,逆变器输出功率参数与负载端功率参数达到大功率感应加热电源要求,且信号源输出稳定性高、保护电路响应时间快。该设计为相关工业化应用提供技术支持。

基于线性神经网络的单相SPWM逆变器畸变抑制

正弦波脉宽调制(SPWM)逆变器受功率开关器件固有的死区时间、导通压降以及负载变化等因素影响导致输出发生畸变,从而引发设备运行稳定性降低、损耗变大等严重问题。从各种类型畸变的产生机理着手,针对死区效应,给出了实现死区时间最小化、减轻输出过零畸变的算法。针对模型参数、负载变化对补偿效果的影响,提出了基于自适应线性神经网络(Adaline)的畸变检测、补偿算法。最后,在采用STM32F103ZE6控制器的单相SPWM逆变器上进行了实验验证,结果表明输出畸变为0.9%,较补偿前降低约85%。

SPWM变频调速电动机线圈局部放电的测量

讨论了脉冲波在电缆中的传播过程以及电缆长度对线圈端的过电压和脉冲上升时间的影响。由于线圈电压的升高和电压分布极不均匀,在线圈中产生了局部放电,导致绝缘老化严重时会使绝缘击穿。为了有效提取局部放电信号,设计了一个高频脉冲电流传感器,构建了一套类似于电桥的专门用于SPWM变频电动机线圈局部放电测试电路,测试结果表明该局部放电测试系统可以在强干扰下(SPWM)检出局部放电信号。

单相逆变器SPWM控制的新方法

提出一种新的SPWM控制方法 ,采用三角波作为调制信号 ,通过多组双限比较器获得SPWM控制波形 ,根据反馈动态调节比较器的上限和下限实现稳压功能。介绍了基本原理和实际控制电路的组成 。

基于线性采样的SPWM研究与实现

提出了一种基于采样点一阶保持的线性外推正弦脉冲宽度调制(SPWM)新方法。详细论述了该方法的基本原理,给出了开关时刻的计算公式,并与传统的自然采样法和规则采样法进行比较,然后对该方法进行了仿真研究和实验验证。仿真和实验波形均表明,该线性采样法产生的SPWM波形谐波含量与采用自然采样法时相似,比采用规则采样法的谐波含量小,同时该方法和规则采样法一样易于数字化实现。

SPWM的FPGA实现方法

本文主要描述利用FPGA现场可编程门阵列器件作为控制核心,结合DDS数字频率合成技术直接形成SPWM脉宽调制波。首先将一个周期的正弦函数进行1024点的离散,并将离散后的数据按顺序存储到FPGA的RAM中。然后使用VHDL语言编程实现可逆计数器,利用可逆计数器完成三角函数的上升与下降,形成一个完整的三角函数,频率为正弦周期的N倍,并可调。其次将同一时刻的正弦函数值与三角函数制比较(即正弦调制),形成一路脉冲调制波。最后为防止同相桥臂功率器件的同时导通,采用按时关断、延时开通的单边不对称设置完成调制脉冲波的死区延时,形成最终的SPWM脉宽调制波,并用于电力电子逆变装置,使得系统设计简化,提高设备的可靠性。