[發(fā)明專利]空間矢量脈沖寬度調制試驗裝置及直流母線電壓優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310472216.3
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103490700A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設計）人: 陳國強;康件麗;趙俊偉;陳水生;楊偉東
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: H02P27/08
• 分類號: H02P27/08;H02P21/00;H02P6/08;H02P6/16
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新;崔衛(wèi)琴

技術領域

本發(fā)明涉及空間矢量脈沖寬度調制領域，尤其涉及一種空間矢量脈沖寬度調制試驗裝置和直流母線電壓優(yōu)化方法。

背景技術

逆變器可將直流電源轉化為頻率和幅值可變的交流電源，由于如圖1所示的逆變器具有結構簡單、實現(xiàn)方便等優(yōu)點，幾乎成了兩電平三相逆變器的標準配置，廣泛應用于電動汽車等工農業(yè)生產(chǎn)調速的場合。采用的空間矢量脈沖寬度調制(space?vector?pulse?width?modulation,?SVPWM)是基于“伏-秒平衡”的原理，用占空比不斷變換的高頻電壓脈沖按照時間平均來等效命令電壓。

基于平均意義上的電壓等效，SVPWM只規(guī)定了基本電壓矢量作用的時間，并未規(guī)定其作用的順序及分布，這就為大量調制策略的出現(xiàn)提供了可能。而逆變器中功率開關管的開關特性及脈沖寬度調制(PWM)的原理決定了死區(qū)、諧波等不可避免，死區(qū)及諧波帶來了能量損耗、轉矩脈動、電磁輻射、聲頻噪聲等一系列問題。因此，出現(xiàn)了一系列優(yōu)化技術，除了共有的優(yōu)化目標外，針對不同的應用又有特有的優(yōu)化目標，因此出現(xiàn)了大量的調制策略。兩個零矢量作用時間可以按照任意比例進行分配，可以分為多個時間段進行作用；非零基本電壓矢量作用時間也可分為多段進行；作用次序可以任意排列；在“伏-秒平衡”中，開關頻率是自由變量，其可以進行優(yōu)化或隨機化。但是無論哪種策略都無法徹底消除死區(qū)及諧波，只能減小其影響。如，非連續(xù)PWM(DPWM)可以減小開關損耗，但是可能帶來諧波畸變增加；隨機SVPWM能大幅度減小集簇諧波的頻譜峰值，進而提高電磁兼容性，但其頻譜擴展特性可能會將諧波擴展到不希望的頻段，還有可能增加諧波畸變；優(yōu)化SVPWM可以在獲得較小諧波畸變的同時提高電磁兼容性，但是帶來了控制器(如比例積分控制器，即PI控制器)參數(shù)變動等問題，使控制系統(tǒng)復雜化。

逆變器的正常運行過程是在確定的時間里有規(guī)則地使6個功率開關管導通、關斷，從而生成需要的電壓脈沖。圖1所示逆變器中，每相上下兩個開關管成互補導通。不同的開關狀態(tài)可以形成8個基本的電壓矢量，包括6個非零基本電壓矢量（????????????????????????????????????????????????）和2個零電壓矢量（），如圖2所示。圖2中：1表示上臂開關管導通，0表示下臂開關管導通。以6個非零基本電壓矢量的端點為頂點的正六邊形可分為如圖2所示的6個扇區(qū)。任何一個位于圖2所示的正六邊形內的電壓矢量，都可由所處扇區(qū)邊界的兩個非零基本電壓矢量及零電壓矢量（）按照時間平均合成得到。為了減少開關次數(shù)、提高輸出電壓的品質，如在扇區(qū)中矢量作用順序是：

將置于開關周期的兩端，置于中間；有的調制策略中兩個零矢量只選一個作用。目前討論最多、已廣泛應用、具有代表性、或具有實用價值的SVPWM策略中，可歸納如下：

(1)?傳統(tǒng)的SVPWM：兩個零矢量作用時間，相等，都等于零矢量總作用時間的1/2，并且均勻地分配在周期的兩端。三相上臂開關管開關脈沖的波形如2所示。

(2)?非連續(xù)SVPWM，簡稱DPWM：圖2中三相上臂開關脈沖中高電平最寬的脈沖在一個調制周期內一直為高電平，或高電平最窄的脈沖在一個調制周期內一直為低電平，可保證在每一時刻總有一相開關不動作。則開關次數(shù)約為原來的2/3，因此開關損耗可減小約1/3或減小更多。也就是說，在相同的開關損耗下，開關頻率可以提高到以前的約3/2倍。

DPWMMIN：不使用零矢量，即，?；

DPWMMAX：不使用零矢量，即，?；

DPWM0：在圖2中，以開始劃分，每為一個區(qū)，交替選擇零矢量、。即，在扇區(qū)中使用，在扇區(qū)中使用；

DPWM1：以開始劃分，每為一個區(qū)，交替選擇零矢量、；

DPWM2：以開始劃分，每為一個區(qū)，交替選擇零矢量、。即，在扇區(qū)中使用，在扇區(qū)中使用；

DPWM3：以開始劃分，每為一個區(qū)，交替選擇零矢量、；

其他DPWM：自由設定開始劃分的角度。

(3)?隨機SVPWM：開關頻率、脈沖定位方式、兩個零矢量作用時間分配方式等一個或幾個因素進行隨機化。包括：

隨機開關頻率SVPWM：開關頻率隨機化；

隨機脈沖位置SVPWM：在第扇區(qū)中，A相的高電平在整個開關周期內可以隨機移動；B相的高電平在A相高電平限制的范圍內可以隨機移動；C相的高電平在B相高電平限制的范圍內可以隨機移動；這三相可以只選擇一相、兩相、三相隨機。其他扇區(qū)中類似；

隨機零矢量分配SVPWM：兩個零矢量和的作用時間在比例上隨機化；