[發明專利]五橋臂逆變器的優化調制方法

有效

• 申請號: 201310202823.8
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103259478A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 梅楊;李正熙
• 申請（專利權）人: 北方工業大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P27/08;H02P5/74;H02M1/12;H02M1/44
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技術領域

本發明涉及電力電子變換器的控制方法，尤其涉及提高五橋臂逆變器驅動雙異步電機性能的控制方法，特別是提高五橋臂逆變器電壓利用率的PWM調制方法和優化五橋臂逆變器線電壓輸出的PWM調制方法。

背景技術

簡單的電力拖動系統主要由一臺逆變器驅動一臺電機帶負載調速運行，然而在紡織、造紙、采油、汽車、航天等許多工業應用領域中，大多需要多臺電機同時帶載運轉，出于性能指標、系統冗余、經濟實效等需求，往往會采用多機傳動系統。研究表明五橋臂逆變器作為驅動源將一個公共橋臂同時連接到兩臺電機上可以驅動兩臺異步電機同時獨立運行。相比傳統的雙逆變器并聯結構，五橋臂逆變器不僅可以降低系統硬件成本也可以作為雙電機調速系統的容錯運行模式，可以有效地提高雙異步電機調速系統的可靠性。但傳統的五橋臂逆變器調制策略存在電壓利用率低、輸出線電壓波形差等缺點，限制了五橋臂逆變器驅動雙異步電機的應用。

圖1是五橋臂逆變器驅動雙異步電機系統拓撲結構，包括輸入直流母線(1)、五橋臂逆變器(2)、2臺異步電機M1與M2(3)。其中(2)包含五個橋臂共10個開關器件S_ij(i＝1，2，3，4，5；j＝1，2)。i代表第i號橋臂；j＝1代表上橋臂，j＝2代表下橋臂。為便于后文分析，將五橋臂逆變器的橋臂如圖1分為兩組：1號、2號、3號橋臂記為逆變器A，用以驅動M1；3號、4號、5號橋臂記為逆變器B，用以驅動M2。其中3號橋臂作為逆變器A與逆變器B的公共橋臂，同時連接到兩臺電機的公共相c(c₁與c₂)，而其余橋臂各自連接到電機的一相。

圖2是五橋臂逆變器采樣周期劃分表。

圖3是兩臺電機對應逆變器電壓矢量合成圖。u_r1對應逆變器A，u_r2對應逆變器B。假設兩臺電機的電壓空間矢量u_r1與u_r2在同一坐標系內相互獨立并分別以角速度ω1與ω2運動。

為實現兩臺電機的獨立控制，需要對逆變器的每一個橋臂進行獨立控制。由于2個逆變器有一個公共橋臂，所以無法直接應用傳統的SVPWM算法。因此為了有效利用公共橋臂讓逆變器A與逆變器B都能正常工作，在五橋臂逆變器的控制策略中利用了零矢量的幅值和相位均為零的無效工作狀態的概念，將采樣周期分段調制如圖2所示：在前半個采樣周期內逆變器A按直接采用SVPWM進行控制，而逆變器B工作在零矢量狀態，即4號橋臂和5號橋臂開關狀態始終與3號橋臂保持一致。后半個采樣周期與之相反，即逆變器B直接采用SVPWM調制，逆變器A工作在零矢量狀態，1號橋臂和2號橋臂開關狀態始終與3號橋臂保持相同狀態。這樣就實現了同一個采樣周期內對兩臺電機的獨立控制。

圖4是根據表1所示的采樣周期劃分得到傳統的五橋臂逆變器調制策略電壓空間矢量分布圖。其中α₁和β₁分別為前半個采樣周期內合成逆變器A輸出電壓矢量u_r1的兩個非零電壓矢量。α₂和β₂分別為后半個采樣周期內合成逆變器B輸出電壓矢量u_r2的兩個非零電壓矢量。α₁、β₁、α₂、β₂在一個采樣周期內的作用時間可以根據SVPWM調制原理計算得到。

確定每個采樣周期內的電壓矢量后需要確定各電壓矢量的作用時間。應用SVPWM調制原理計算圖4中各段非零矢量占空比計算公式如下：