基于三状态PWM的电动汽车电机驱动系统多模式调制策略研究

在电动汽车电驱动系统中,逆变器中的高频开关动作是产生开关损耗影响逆变器效率的主要因素,特别是为适应驱动电机高速化的趋势,不得不采用较高的开关频率,从而在低速时产生不必要的开关损耗,使逆变器效率偏低。因此,该文提出一种基于三状态脉冲宽度调制(TSPWM)的多模式调制策略来减少逆变器的开关损耗,提高全工况范围的逆变器效率。根据工况动态改变调制模式:在不同转速下采取变载频分段异步TSPWM;根据电机的相电流幅值动态地改变TSPWM不连续调制的钳位模式,使电流幅值较大的相保持在钳位状态以减小损耗。为了解决不同模式切换时相位突变导致电流或转矩冲击的问题,提出一种基于载波周期角度计算的电压矢量相位补偿算法,通过精确分析调制模式改变时刻对电压矢量角的影响,计算出切换后的补偿角度对空间电压矢量角进行补偿,从而实现不同模式的平滑切换。最后,通过算法仿真和电机实验验证了所提策略的有效性。结果表明,采用基于TSPWM的多模式调制策略的电机驱动系统,其逆变器效率得到了显著提升,且具有较小的共模电压。

对称双向多电平逆变器单极性LS-PWM调制策略

针对传统功率开关器件-二极管(power switch-diode,PSD)多电平逆变器拓扑存在反向电流和电压尖峰的问题,提出一种对称双向PSD多电平逆变器拓扑,该拓扑通过增加反向电流回流路径的方式,不仅能够解决传统PSD拓扑存在的反向电流和电压尖峰问题,而且在使用功率器件数量、总阻塞电压以及开关损耗等方面均具备优势。为了控制逆变器运行时反向电流的流向,通过对对称双向级联型多电平逆变器的开关状态进行分析,提出一种适用的单极性LS-PWM调制策略,该调制策略可降低逆变器开关损耗,同时防止功率倒灌。最后通过仿真和实验结果验证了该拓扑及调制策略的有效性。

采用分段式自适应PWM/PFM调制的Buck型DC-DC转换器设计

为了在轻重负载条件下获得更高的转换效率,采用分段式结构和导通电阻更小的NMOS作为输入级,并采用PWM/PFM双调制方式,设计了一种Buck型DC-DC转换器。为解决PWM/PFM调制信号切换问题,采用零电流检测方式进行切换。利用断续导通模式(DCM)和连续导通模式(CCM)下端NMOS管导通时电感电压的不同,检测下端NMOS在导通时电感电压大于零的周期。当电感电压大于零的周期大于2时,则处于DCM模式并自动采用PFM调制模式,关闭一部分功率管以减小开关频率和功率管寄生电容,优化轻载效率;反之则处于CCM模式并采用PWM调制。仿真结果表明,在负载电流10~1000 mA范围内,该电路可以在两种调制模式平稳切换,在800 mA时峰值效率可提升到96%以上。

三相PWM变换器电流切换预测控制仿真及实验研究

由于功率开关器件的作用,三相脉冲宽度调制(PWM)变换器呈现典型切换系统特征。相较于广泛使用的变换器线性化建模及控制方法,三相PWM变换器切换系统建模及控制方法能够精确描述变换器工作过程,且具有控制参数少和响应速度快的优势。已有成果存在开关频率不固定和需求高采样频率的问题。针对上述问题,提出一种三相PWM变换器电流切换预测控制方法。所提方法降低了系统采样频率需求并实现了变换器定频切换控制。仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。

基于PWM占空比优化的PMSM预测直接转矩控制

针对永磁同步电机PMSM(permanent magnet synchronous motors)传统直接转矩控制DTC(direct torque control)存在开关频率不规则、开关噪声的频率范围太宽和死区补偿算法复杂等问题,提出了一种基于优化脉宽调制PWM(pulse width modulation)和死区补偿的PMSM预测DTC方法。该方法首先在已知零电压矢量的基础上,根据预测转矩和磁通误差来选择2个其他有效电压矢量,与此同时,也考虑反电动势和磁通-转矩耦合器;接着,利用1个零电压矢量和2个其他有效电压矢量预测每个采样周期的转矩和磁通变化量,其中,3个电压矢量的开关周期由转矩和磁通误差以及上一步计算出的预测转矩和磁通变化量共同决定;然后,采用死区补偿算法和改进的PWM来减小死区效应,以提高预测效果;最后,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性和优越性。研究结果表明,所提方法在转矩控制和磁通控制效果要明显优于其他方法,且极大地降低了开关损耗。

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。

Arduino中PWM调制在电子技术实验中的应用研究

基于开源控制平台Arduino控制器的开放性与易用性,在原有的电子技术综合实验中新增了以Arduino单片机为核心的实验教学模块。利用Arduino单片机中的脉冲宽度调制技术(PWM技术),单片机根据接收到的红外信号对应调节两个直流电机的输入电压,从而控制其转速比,进而控制由电机上的两个偏心镜反射后的点状激光的运动轨迹,利用视觉残留效果形成图案,并通过MATLAB设计了仿真实验验证了激光图案的正确性。新增教学模块扩展了传统的电子技术综合设计实验教学中焊接控制电路的内容,丰富了实验教学内容,加强对学生的编程能力和电子技术综合设计能力的培养,激发学生的学习兴趣。

三相PWM变换器的共模电压抑制方法综述

脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术是电力电子变换器中最常用的控制技术之一,但不可避免地会产生共模电压。共模电压及其感应产生的轴电压、轴承电流等会严重危害电机甚至整个系统的安全运行,因此必须从源头上对它进行有效地抑制。首先分析共模电压的产生及作用于电机的基本原理,随后分别总结空间矢量PWM和载波PWM两种调制策略下进行共模电压抑制的控制自由度及相应控制方法,并对不同方法的性能进行对比,最后对其后续的发展方向进行展望。

并网换流器采样和PWM边带次生谐波特性研究

在高比例新能源接入电力系统背景下,配电网中部署的并网换流器数量日益庞大,并网换流器自身非线性特性产生的次生谐波逐渐成为电网谐波污染的重要的来源之一。为此,针对并网换流器A/D采样和脉宽调制(pulsewidth modulation,PWM)过程产生的边带次生谐波分量开展研究,分析采样和PWM调制边带次生谐波产生机理以及频率耦合机理,提出不同采样方式下PWM边带谐波分析方法,建立并网换流器采样和PWM边带次生谐波定量分析模型,分析影响边带次生谐波含量的主要因素,揭示边带次生谐波耦合效应对并网换流器端口谐波阻抗特性的影响规律。通过半实物仿真平台的测试结果验证理论分析的正确性。

一种改进的CHB多电平变换器PWM调制策略

级联H桥CHB(cascaded H-bridge)多电平变换器是中压大功率电机驱动系统最广泛采用的拓扑,传统LS-PWM和PS-PWM不能很好地兼顾输入、输出电流的谐波性能,对比了CHB多电平变换器在这两种调制策略下的输入和输出THD,分析了两种方法下输入、输出波形产生区别的本质原因,进而探讨了一种局部载波移相PWM调制方法。该方法吸收了两种调制方法的优点,发挥PS-PWM调制时模块功率均衡和网侧输入电流谐波低的特点以及LS-PWM输出电能质量好的特点。最后,搭建了三相七电平CHB变换器实验平台,对局部载波移相PWM调制策略进行了验证。

三相电压型PWM整流器新型开关表直接功率控制

该文以三相电压型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器为研究对象,提出一种基于新型开关表的直接功率控制(direct power control,DPC)策略。首先,根据两相旋转dq坐标系下整流器数学模型计算开关矢量对有功功率和无功功率的控制幅度,并归一化处理进行定量分析,以此为基础将传统DPC的12扇区重新划分为24扇区。然后,设计有功功率差值区间判断器,根据其输出值Cp和有功功率与无功功率滞环比较器的输出值Sp、Sq,选择当前扇区最佳开关矢量构造新型开关表,实现对有功功率的精确控制。仿真对比表明,该新型开关表不仅克服传统开关表对无功功率控制能力差的缺点,而且改善网侧电流总谐波失真,降低输出直流电压波动和有功功率与无功功率脉动。最后,搭建一台800W三相电压型PWM整流器样机,通过对比实验验证所提控制策略的正确性和有效性。

PWM方波边沿时间对机动车流量输出调节系统电磁辐射发射的影响

通过对PWM方波导致电磁辐射发射问题的机理进行分析,结合一款PWM控制的流量输出调节系统进行实验验证。结果表明,PWM方波边沿时间在0.01~100μs范围内,对流量输出调节系统在0.1~5 MHz范围内的辐射发射场强幅值影响较大,在100 kHz处最大差异超过30 dB。PWM方波电压幅值在5~16 V范围内,流量输出调节系统的辐射发射场强幅值没有受到明显的影响。通过研究,为涉及PWM控制产品的电磁兼容设计、整改优化等提供理论和技术支撑。

基于区间信号提取的Ⅱ型不对称级联逆变器新型PWM调制策略

与传统对称级联逆变电桥(cascaded H-inverter bridge,CHB)逆变器拓扑相比,Ⅱ型不对称CHB多电平逆变器的直流电压按2i的指数规律分配,具有以更少级联单元输出更多电平的优势。但在传统调制策略下,会出现电流倒灌问题,为此提出一种基于区间信号提取的新型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)策略,通过原始脉冲信号与提取的区间信号逻辑组合的方式彻底解决所有Ⅱ型不对称拓扑电流倒灌的问题,同时还能保证输出电压的波形质量。最后以直流侧电压比为1:2:4和1:2:4:8两种不同的Ⅱ型级联拓扑为例,通过搭建仿真模型和实验平台验证了所提方案的正确性和可行性。

基于PWM调频的三相中频电源设计

115 V/400 Hz三相中频电源被广泛应用于工业领域,传统的电源调频方式主要采用电位器手动调节,具有调整误差大且耗时长的不足。为了提升三相中频电源的调频精度和速度,提出一种基于PWM调频的三相中频电源设计方案,将PWM信号转换成脉冲信号,利用单片机计数精准的优势,实现对输出频率的快速精确调整。试验结果表明,电源频率受PWM信号精准控制,在320~420 Hz频率范围内调整精度达到0.1 Hz。

不平衡电网下主动支撑型三相PWM变流器控制方法

三相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)变流器在高性能电力终端上得到广泛应用,但受限于三相阻抗不匹配造成的电网不平衡问题,现有PWM变流器无法兼顾直流电压波动和网侧电流品质两大控制目标。为此,提出一种不平衡电网下主动支撑型PWM变流器控制方法。首先对不平衡电网下PWM变流器进行数学建模,论证在不增设辅助电路情况下直流母线电压波动和网侧电流品质间的控制矛盾性问题。在此基础上,通过在直流侧增设功率调节电路,实现交、直流侧的解耦控制,并进一步对所提方法的线性运行区域进行分析,给出了电网不平衡度与最小电容配置关系。最后,基于35kW测试样机进行测试与分析,论证了所提方法在不平衡电网下的适用性和优越性。

基于直流无刷电机的PWM电路设计策略

本次设计中,整体设计流程主要通过纯数字方法来实现,将时钟分频模块增设其中,使死区计数时钟频率较PWM计数器提升16倍;同一个死区计数器由两通道的PWM共同使用,从而实现设计资源的进一步节约;通过SPI接口的参数配置,为电路编程和控制提供更多便利。希望通过本次的分析,可以为PWM电路设计以及直流无刷电机的应用提供科学参考。

基于二自由度PID的三相PWM整流器调压改进策略

基于前端电压源型整流器(voltage source rectifier,VSR)与后端电压源型逆变器(voltage source inverter,VSI)级联的VSR-VSI双三相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)变换器已在电梯能量回馈系统中得到广泛应用,但前端三相VSR采用传统比例积分(proportional integral,PI)双闭环控制结构通常存在中端直流母线电压无法兼顾抗干扰性和跟踪性的问题。为此,文中提出一种基于二自由度比例积分微分(proportional integral differential,PID)的三相PWM整流器调压改进策略。首先,阐述基于VSR-VSI双三相PWM变换器级联系统的结构和工作原理,并给出前端三相VSR的传统PI双闭环控制方案及其参数设计过程,分析该方案不能兼具良好的抗干扰性与跟踪性的原因。在此基础上,给出基于二自由度PID的前端三相VSR直流调压优化策略及其参数设计方法。最后,利用软件仿真与实验测试对比结果共同验证了所述三相PWM-VSR直流调压改进策略的有效性与优越性。

基于总线同步的多驱动系统漏电流分析与抑制

多驱动系统中漏电流的大量存在是影响数控加工装备长期稳定运行的重要因素,提出了一种邻消抑制措施,能够有效减少多驱动系统中漏电流,避免漏电保护装置频繁触发。该措施采用PWM调制策略,将空间位置相邻的两个驱动单元的共模电压矢量方向反向,以抵消它们之间的高频共模电压分量,从而有效地抑制了多驱动系统的漏电流。主要创新之处采用了一种软件控制的方式实现了对多驱动系统漏电流的抑制,该措施不但可以有效地抑制漏电流,而且实现成本低。实际测试平台的结果表明,邻消抑制措施在多驱动系统中能够有效降低70%~80%的漏电流,保证了多驱动系统的稳定运行。

基于STM32 PWM的正弦信号发生器设计

文章阐述了基于STM32应用PWM方式产生幅度频率可调的模拟正弦波的一种方法。原理是在产生某一频率信号时,让采样脉冲的周期保持不变,在每个采样周期内改变1次占空比,改变的规律按正弦表变化,这样输出的信号经过滤波电路滤掉高次谐波以后就变换成相应的正弦波。设计经可编程芯片实现功能,实验结果表明设计系统的输出信号具有以下特点:稳定性和平滑性都很好,且相应的参数调节方便;这种信号产生方式与传统的信号相比具有较高的频率分辨率,且易于实现频率相位幅度的数控调制。相比于DDS技术,PWM方式的主要优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的,无需进行数模转换,能进一步提高信号的抗干扰能力,可广泛应用在测量、通信及功率控制与变换等领域中。

三相PWM整流器空间矢量控制简化算法的研究

常规的空间矢量控制方法需要进行复杂的正弦函数、反正切函数运算 ,由低成本的单片机控制系统实现较为困难。本文提出了一种空间矢量的简化算法。该方法根据参考电压矢量在αβ坐标系上的分量 ,直接计算电压空间矢量在各个扇区内的作用时间 ,简化了运算过程。并以Intel80C196MC单片机为控制核心设计制作了一套三相PWM整流器的实验装置。