[發(fā)明專利]變流器最大線性輸出脈寬調(diào)制

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010605059.5
• 申請(qǐng)日: 2010-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN102570882A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 岳凡
• 主分類號(hào): H02M7/487
• 分類號(hào): H02M7/487;H02M7/5395;H02M1/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及對(duì)變流器功率器件進(jìn)行控制的脈寬調(diào)制方案，適用于電壓源變流器應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明與傳統(tǒng)方案相比具有更大的線性輸出區(qū)間。

背景技術(shù)

變流器開關(guān)器件必須在安全開關(guān)區(qū)域內(nèi)工作。由于雜散電感的影響，電壓源變流器直流母線電壓被限定在一定范圍之內(nèi)。對(duì)于給定直流電壓，交流輸出電壓受脈寬調(diào)制方法、死區(qū)時(shí)間和最小脈寬的影響。

如圖1所示，三相全橋電壓源型變流器單相橋臂包含上下橋臂兩個(gè)開關(guān)器件，電流方向定義以輸出變流器為正向。由于電壓源特性，兩個(gè)開關(guān)器件不能同時(shí)打開，引入死區(qū)時(shí)間，延遲器件打開以保證對(duì)稱器件有足夠時(shí)間關(guān)斷。如圖2所示，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，電流方向影響輸出電壓。無論電流為正或負(fù)，輸出電壓都無法真實(shí)反映輸出指令。死區(qū)時(shí)間的影響補(bǔ)償可依據(jù)電流方向?qū)敵雒}沖進(jìn)行左右偏移或通過補(bǔ)償調(diào)制波來實(shí)現(xiàn)。關(guān)于死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償已有大量學(xué)術(shù)論文及專利論述，在本專利中不在贅述。

如圖3及圖4所示，對(duì)于給定死區(qū)時(shí)間和最小脈寬，當(dāng)電流為正時(shí)可調(diào)制正輸出脈寬最大值被限定，當(dāng)電流為負(fù)時(shí)，可調(diào)制負(fù)輸出脈寬最大值被限定。可調(diào)制最大輸出脈寬可計(jì)算為：

1－(2?×死區(qū)時(shí)間＋最小脈寬）×開關(guān)頻率。

因此，對(duì)于三相系統(tǒng)，當(dāng)一相輸出為最大正脈寬，一相輸出為最大負(fù)脈寬時(shí)，輸出線電壓可為最大。如圖5所示，當(dāng)A?相輸出最大負(fù)脈寬，C相輸出最大正脈寬，輸出線電壓AC?脈寬可最大化。

當(dāng)輸出脈寬在這一最大脈寬范圍內(nèi)，變流器輸出脈寬可線性調(diào)變。因此這一輸出范圍被稱為線性輸出區(qū)間。在線性輸出區(qū)間范圍內(nèi)，如果死區(qū)時(shí)間得到適當(dāng)補(bǔ)償，輸出指令可以被準(zhǔn)確反映。

為表述最大線性調(diào)制區(qū)間，調(diào)制深度定義為：

調(diào)制深度=線電壓峰值/直流電壓。

對(duì)于傳統(tǒng)脈寬調(diào)制方案，最大調(diào)制深度可計(jì)算為：

1－2?×(2?×死區(qū)時(shí)間＋最小脈寬）×開關(guān)頻率。

在理想條件下，無死區(qū)時(shí)間和最小脈寬的影響，最大調(diào)制深度為100%。

超出最大調(diào)制深度的區(qū)間為非線性調(diào)制區(qū)間，在這一區(qū)間內(nèi)，由于最小脈寬和死區(qū)時(shí)間的限制，交流輸出無法線性調(diào)制。如圖6所示，如果保留最小脈寬，交流線電壓在非線性輸出區(qū)間將飽和。如圖7所示，如果放棄最小脈寬，交流線電壓輸出將跳變?yōu)槿绷麟妷骸?/p>

對(duì)于主流常見風(fēng)電變流器，690V?交流額定電壓，1700V?開關(guān)器件，為達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)，開關(guān)頻率通常在2kHz以上，這里可以先設(shè)為2.45kHz。如死區(qū)時(shí)間為4us，最小脈寬為5us，最大調(diào)制深度可計(jì)算為：93.6%。這一調(diào)制深度無法滿足很多應(yīng)用場(chǎng)合。

由于電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性要求，例如低壓穿越反穿電壓，網(wǎng)側(cè)變流器通常要求輸出高于電網(wǎng)額定值的交流電壓。另外，電機(jī)過調(diào)速需求也要求變流器對(duì)最大化其交流輸出電壓。

因此，改進(jìn)傳統(tǒng)脈寬調(diào)制方案，最大化線性調(diào)制區(qū)間和提高最大調(diào)制深度已經(jīng)成為一種趨勢(shì)和必然要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：

基于斷續(xù)脈寬調(diào)制，提供一種電壓源型變流器最大線性輸出的脈寬調(diào)制方案，變流器最大程度利用給定直流電壓，輸出交流電壓。相比于傳統(tǒng)方案在增加的線性輸出區(qū)間內(nèi)，波形質(zhì)量高無低次諧波分量。同時(shí)，本發(fā)明可有效減少開關(guān)器件開關(guān)次數(shù)，提高系統(tǒng)效率，降低開關(guān)器件節(jié)溫，提高器件使用壽命或在相同節(jié)溫下實(shí)現(xiàn)更高輸出電流。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是：

為了達(dá)到比目前傳統(tǒng)變流器脈寬調(diào)制方案更高的線性調(diào)制區(qū)間，采用斷續(xù)脈寬調(diào)制，在基波周期內(nèi)，任意時(shí)刻，三相六個(gè)器件之一鉗位于正或負(fù)直流電壓。鉗位相輸出脈寬為全脈寬，其余兩相為可調(diào)制脈寬。圖8中示例出三種常見斷續(xù)脈寬調(diào)制方案。

對(duì)于三相斷續(xù)脈寬調(diào)制，在某一固定時(shí)刻，僅有一相輸出處于鉗位狀態(tài)，因此有必要最大化可調(diào)制相輸出脈寬以實(shí)現(xiàn)最大輸出線電壓。

為達(dá)到此目的，本發(fā)明在斷續(xù)脈寬調(diào)制的基礎(chǔ)上消除死區(qū)時(shí)間在可調(diào)制最大脈寬中的影響。如圖9和圖10所示開關(guān)信號(hào)時(shí)序和實(shí)際相電壓輸出中，可調(diào)制最大輸出脈寬無死區(qū)時(shí)間影響，達(dá)到理論最高值：

1－最小脈寬×開關(guān)頻率。

基于以上所述，對(duì)于三相系統(tǒng)，當(dāng)一相鉗位輸出全脈寬，一相非鉗位輸出可調(diào)制最大脈寬時(shí)，輸出線電壓可為最大。如圖11所示，當(dāng)A?相輸出可調(diào)制最大負(fù)脈寬，C相輸出全正脈寬，輸出線電壓AC可最大化。此時(shí)，最大調(diào)制深度可計(jì)算為：

1－最小脈寬×開關(guān)頻率。