[發明專利]一種產生SPWM波的組合式局部倍頻采樣算法

有效

• 申請號: 201410423420.0
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN104298107B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 劉紅俐;陳健亨;朱其新
• 申請（專利權）人: 蘇州科技學院
• 主分類號: G05B11/28
• 分類號: G05B11/28
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 曹毅

技術領域

本發明屬于電力電子領域，具體涉及一種產生SPWM波的組合式局部倍頻采樣算法，主要應用于伺服電機控制、逆變電源、變頻器和整流器等。?

背景技術

?隨著微處理機技術、計算機技術和電力電子技術、自動控制理論等相關學科的快速發展，采用脈沖寬度調制（PulseWidth?Modulation，簡稱PWM）技術的逆變器成為了當代電力電子技術中最基本的裝置之一。自從PWM技術出現以后，PWM技術憑著其靈活多變的調頻調壓方式和優良性能，在伺服電機控制、UPS、整流器和變頻器等領域也都得到了廣泛的使用。至今，全球幾個主要的電氣公司所生產的變頻調速器幾乎都是采用PWM調制技術的。但是，無論采用現有的任何一種PWM調制方式，由于受控制技術和開關頻率的限制，其輸出的波形中都不可避免地會含有較高的諧波分量，使得采用了PWM控制技術的各種電力電子裝置反而成為了“最大的干擾源”。對于小功率系統的影響可能不大明顯，但是對于中、大功率系統而言，諧波帶來的影響不僅僅是會造成能量的損耗，還帶來了很多危害，諧波污染的問題概括起來，其主要有以下幾方面：?

（1）對旋轉式的電機而言，諧波會使其產生轉矩脈動，增加功耗（銅損和鐵損）使其導致發熱，甚至還有可能會引起振動或者諧振。還有，諧波會使電機或逆變器等產生電磁噪音，污染環境。

（2）對容性負載而言，某些諧波還會使其諧振，諧波電流增大，導致電容器因過負荷或過電壓而損壞。在電力系統中，諧波對電力電纜也會造成過負荷或過電壓而擊穿的危害。?

（3）對于變壓器而言，增加其負載損耗，特別是在發生諧振的時候，諧波也將會被變壓器所放大，會使其損耗大大地增加，甚至還會引發嚴重電力事故。?

（4）對于電力系統而言，有可能會造成繼電保護和自動控制裝置誤動作，并且使電氣測量儀表的計量不準確，影響電力監控。?

（5）諧波所產生的電磁干擾（EMI）會對鄰近的通信系統產生干擾，輕則產生噪聲，降低通信質量；重者導致信息丟失，使通信系統無法正常工作。?

?考慮到諧波存在著這么多的危害，諧波污染及其如何抑制的問題也已成為了人們研究的重要課題，對減小逆變器輸出諧波的研究也成為一個熱點的研究。至今，PWM?逆變器的諧波抑制技術也經歷了一個不斷創新和不斷完善的發展過程，現主要的抑制方法有以下兩個：?

（1）?采用隨機PWM技術以抑制諧波分量，其原理是通過隨機改變逆變器的開關角或開關頻率的方式，使得諧波頻譜中幅值較大的諧波分量得以分散，頻譜變疏，從而使諧波沿頻譜的頻率軸分布更為連續。但是，該方法會使得其諧波分量的分布范圍較寬，不利于濾波。

常見的隨機PWM技術有：隨機開關頻率和隨機脈沖位置兩種。其中隨機開關頻率方式比較常用。隨機地改變開關的頻率，使得電機電磁噪音近似為限帶白噪聲（在線性頻率坐標系中，各頻率能量分布是均勻的噪聲信號），盡管噪音的總分貝數未變，但以固定開關頻率為特征的有色噪音強度卻被大大地削弱了。因此，對于載波頻率必須限制在較低頻率的場合，隨機PWM仍然有其特殊的價值。同時，該技術的出現也說明了消除機械和電磁噪音的最佳方法并不是盲目地提高工作頻率，隨機PWM技術正是提供了一個分析解決這種問題的全新思路。?

（2）?特定諧波消除脈寬調制技術（Selective?Harmonic?Elimination?Pulse?Width?Modulation——SHEPWM)，顧名思義，通過開關時刻的優化選擇來產生PWM，消除了選定的低次諧波，具有波形質量高、效率高、直流電壓利用率高、直流側濾波器尺寸小等顯著優點。其原理是對輸出電壓波形按傅氏級數展開，表示為?，首先確定基波分量的值，再令兩個不同的，就可以建立三個方程，聯立求解得及，這樣就可以消去兩個頻率的諧波。該方法雖然可以很好地消除所指定的低次諧波，但是剩余未消去的較低次諧波的幅值可能會相當大，而且同樣存在計算復雜的缺點，該方法同樣只適用于同步調制方式中。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種采樣頻率一定時，可以有效地抑制低次諧波分量的SPWM采樣算法，該方法簡單，易于數字化實現，節省DSP硬件資源。?

為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：?

一種產生SPWM波的組合式局部倍頻采樣算法，包括以下步驟：

步驟（1）：通過外部電路輸入設定調制波頻率、調制度、載波比、虛擬倍頻區間系數、虛擬倍頻倍數和死去時間等參數，并累計保存所有波峰和波谷采樣點的值；