[發(fā)明專利]低開關(guān)頻率與基波頻率恒整數(shù)比同步脈沖寬度頻率調(diào)制法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011335688.0
• 申請(qǐng)日: 2020-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN112532093A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張慧;謝杰;徐磊;周錦濤;何怡剛;葛遠(yuǎn)喆;李其真;閆光磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/487
• 分類號(hào): H02M7/487;H02M7/5387;H02M1/08;H03K7/10
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張宇

本發(fā)明公開了一種低開關(guān)頻率與基波頻率恒整數(shù)比同步脈沖寬度頻率調(diào)制法，選取電網(wǎng)基波作為“中繼”調(diào)制波，且保持開關(guān)頻率與“中繼”基波頻率比為恒定整數(shù)，能有效抑制相關(guān)寄生的間諧波分量，采用電網(wǎng)周期T/24為調(diào)制子周期實(shí)現(xiàn)對(duì)基波相位的線性調(diào)制，通過對(duì)“中繼”基波頻譜的搬遷來實(shí)現(xiàn)逆變器輸出電壓頻率連續(xù)控制，即在同步調(diào)制模式下采用恒定低開關(guān)頻率控制逆變器輸出0Hz～100Hz電壓；旨在解決交流傳動(dòng)系統(tǒng)中電機(jī)工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)時(shí)，存在變頻器脈沖寬度調(diào)制中由于采用混合調(diào)制模式切換可能導(dǎo)致的過高沖擊電壓與沖擊電流問題，尤其對(duì)超高速設(shè)計(jì)的大功率電機(jī)，其變頻器的頻率調(diào)節(jié)范圍通常在52Hz～84Hz，有的甚至高達(dá)100Hz的額定工作頻率等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子交流傳動(dòng)與變頻調(diào)速領(lǐng)域，更具體地，涉及一種低開關(guān)頻率與基波頻率恒整數(shù)比同步脈沖寬度頻率調(diào)制方法。

背景技術(shù)

在電力電子交流傳動(dòng)系統(tǒng)中，逆變器在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)采用脈沖寬度調(diào)制(Pulse WidthModulation,PWM)控制，在恒功率區(qū)采用方波調(diào)制，通常希望逆變器工作時(shí)的載波與調(diào)制波頻率比P為整數(shù)，即在整個(gè)工作范圍內(nèi)，調(diào)制波與載波保持同步。然而當(dāng)P保持恒定時(shí)，基波頻率的下降會(huì)使得載波頻率也變低，造成在電機(jī)中產(chǎn)生較大諧波損耗的問題。因此，當(dāng)基波頻率很低時(shí)，載波頻率保持恒定，P為一個(gè)非整數(shù)值，此時(shí)逆變器只能工作在異步調(diào)制模式下。隨著基波頻率的增加，載波與調(diào)制波頻率比值P以一種遞減的階梯方式變化，此時(shí)逆變器工作也只能在分段同步調(diào)制模式下，開關(guān)頻率在大約200Hz～800Hz不等的一個(gè)較低范圍內(nèi)變化。當(dāng)調(diào)制波頻率接近于額定頻率時(shí)，逆變器轉(zhuǎn)換到方波模式工作，此時(shí)逆變器工作在恒功率區(qū)獲得最大電壓。由于在整個(gè)工作范圍內(nèi)，當(dāng)載波與調(diào)制波頻率比P跳變的時(shí)刻，可能會(huì)產(chǎn)生電壓和電流跳變，引起過高沖擊電壓和沖擊電流，影響MW級(jí)大功率變頻器傳動(dòng)性能，因此對(duì)相應(yīng)的控制策略有較高的要求。當(dāng)前的相關(guān)研究集中在調(diào)制模式切換的控制策略，以及低載波頻率的優(yōu)化PWM，尚未考慮低載波頻率的無調(diào)制模式切換方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提出了一種低開關(guān)頻率與基波頻率恒整數(shù)比同步脈沖寬度頻率調(diào)制方法，針對(duì)現(xiàn)有中壓大功率交流傳動(dòng)系統(tǒng)中存在的脈沖寬度調(diào)制的調(diào)制模式切換問題，通過采用以T/24為調(diào)制子周期(T是電網(wǎng)基波周期20ms)的基波頻譜搬遷方法，即在恒定的低開關(guān)頻率下，同步實(shí)現(xiàn)對(duì)0Hz～100Hz頻率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的電壓和頻率的連續(xù)控制，以解決交流傳動(dòng)系統(tǒng)中頻率調(diào)制比變化時(shí)，存在的PWM由于脈沖波頭數(shù)降低而導(dǎo)致的調(diào)制模式切換以及分段同步調(diào)制切換的問題，從而解決調(diào)制模式切換導(dǎo)致過高的沖擊電壓與沖擊電流的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種低開關(guān)頻率與基波頻率恒整數(shù)比同步脈沖寬度頻率調(diào)制方法，包括：

(1)選取基波作為調(diào)制波，確定調(diào)制波的幅值和相位，然后選取擬調(diào)節(jié)的逆變器輸出頻率；

(2)選取合適的開關(guān)頻率，根據(jù)開關(guān)頻率決定逆變器的PWM調(diào)制方式；

(3)根據(jù)擬調(diào)節(jié)的逆變器輸出頻率和調(diào)制波頻率計(jì)算頻率偏移量，選取以T/24為調(diào)制子周期的基波頻譜搬遷方法，根據(jù)頻譜搬遷特性計(jì)算基波子周期數(shù)、總調(diào)制周期與相位增量，并計(jì)算逆變器輸出波形的理論幅值與相位，T為電網(wǎng)基波周期；

(4)在選取的總調(diào)制周期內(nèi)，對(duì)調(diào)制波的初始相位進(jìn)行線性調(diào)制，采用選取的PWM方法生成一系列脈沖序列，然后將脈沖序列驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件，控制逆變器輸出擬調(diào)節(jié)頻率的波形。

在一些可選的實(shí)施方案中，步驟(1)包括：

選取調(diào)制波頻率f₁為基頻，選擇調(diào)制波的幅值A(chǔ)₁和相位θ₁為確定值，然后選取某一時(shí)刻擬調(diào)節(jié)的逆變器輸出頻率f_o。

在一些可選的實(shí)施方案中，步驟(2)包括：