三級PWM調(diào)制策略變換器供電感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動解讀

1、三級 PWM調(diào)制策略變換器供電感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動電氣信息學(xué)院4015摘要：, 調(diào)查實(shí)現(xiàn) PWM三級電源供電感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動本文主要研究變換器拓?fù)湎嚓P(guān)的基本問題器。文章主要考慮集中性點(diǎn)夾 (NPC)轉(zhuǎn)換器。 在實(shí)現(xiàn)多級轉(zhuǎn)換器, 最重要的任務(wù)之一是選擇合適的調(diào)制策略。 在文章介紹了幾種調(diào)制技術(shù): 變頻調(diào)速 , 空間向量調(diào)制 ,3D-SVM 這些在第三章分析了 PWM類型。因?yàn)?3L-NPC轉(zhuǎn)換器主要是應(yīng)用于高功率系統(tǒng)( 超過 100 千瓦 ), 因此切換損失的問題變得非常重要。 因此 , 作者基于系統(tǒng)的研究調(diào)查現(xiàn)有的調(diào)制技術(shù), 提出了改進(jìn)支持向量機(jī)算法損失最小化轉(zhuǎn)化器。作者認(rèn)為提出的調(diào)制算法也可以控3L-N

2、PC AC / DC 轉(zhuǎn)換器用于可再生能源系統(tǒng)、過濾器等。關(guān)鍵字： PWM逆變器NPC 轉(zhuǎn)換器向量空間調(diào)制電機(jī)驅(qū)動Abstract: Basic questions related in this paper, we study the topological solution, investigation to realize the PWM three-level power induction the motor drive. After review of the basic three-level inverter topology (chapter 2) further consi

3、deration on the neutral point clamp (NPC) converter. In the realization of a multilevel converters, one of the most important tasks is to choose the suitable modulation strategy. Introduces several modulation technology in the literature: frequency control, the space vector modulation, 3D- SVM these

4、 in the third chapter analyzes the PWM type. Because 3L- NPC converter is a mainly applied to high power system (more than 100 kw), so the switching loss problem becomes very important. Therefore, the author of this work, based on the new system research of the existing modulation technology, puts f

5、orward the improved algorithm to minimize the loss of support vector machine (SVM) converter.So the author thinks of modulation algorithm can also apply for AC/DC converter control 3L - NPC for renewable energy systems, filters, etc.Key words: PWM inverter ； NPC converter ； SVM ； Motor drive引言近年來，隨著

6、電力電子科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展， 特別是功能強(qiáng)， 性能優(yōu)電力電子器件的不斷問世， 給人們在設(shè)計工程和使用中帶來極大便利與很好預(yù)期效果。 新能源是的大規(guī)模推廣勢在必行， 全世界各國都投入了大量的資金用于開發(fā)研究。 太陽能，風(fēng)能，地?zé)岬冗@些能源轉(zhuǎn)化為電能，一般是以直流電的形式存在。要想并網(wǎng)投用，必須借助逆變技術(shù)。傳統(tǒng)的逆變技術(shù)存在電能利用率低，諧波成分大，開關(guān)損耗大， 不利于數(shù)字化等缺點(diǎn)， 大大制約了電力電子技術(shù)的發(fā)展。 本文討論了， H 電橋技術(shù)，浮動電容 FLC技術(shù)，用中性點(diǎn)鉗位 NPC 技術(shù)，空間矢量調(diào)制 SVM 技術(shù)對于改善系統(tǒng)性能的效果，比較得出采用 NPC 和空間矢量調(diào)制基于一定的硬件措施

7、，可以試驗(yàn)得到預(yù)期的試驗(yàn)結(jié)果，可以推廣到實(shí)踐而展開論述。1文章結(jié)構(gòu)圖多級變換器感應(yīng)電機(jī)的驅(qū)動多電平變換器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)脈沖寬度調(diào)制技術(shù)應(yīng)用算法的改進(jìn)驅(qū)動電路的實(shí)現(xiàn)H術(shù)路PI電FLCSVM技現(xiàn)電路M實(shí)W技術(shù)件電橋電路P開關(guān)數(shù)最小化控制的設(shè)計中性點(diǎn)鉗位電路硬電機(jī)的控制策略第一章多電平變換器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Uc1UoutUc2圖 1.1 H- 電橋電路轉(zhuǎn)化器示意圖2由圖 1.1 可知，通過改變 Uc1，Uc2 的電壓，可以得到 7 個不同的輸出電壓 Uout 等級： 3Uc1、 2Uc1 、Uc1 、0、-Uc1、-2Uc1、-3Uc1。對于 H 橋電路來說，一些回路產(chǎn)生的輸出電壓可能會造成短路，對

8、IGBT 開關(guān)有損害。為此變壓器必須分離獲得適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件用于串級轉(zhuǎn)換器。雖然一階和低功率（幾個 KVA）應(yīng)用程序，這樣解決方案是可能的，但多級輸出建立的龐大系統(tǒng)需要更貴的轉(zhuǎn)換器，和專門的負(fù)載。UdcC1C2C3C1ABC圖 1.2 浮動電容型三電平逆變（FLC）電路對于 FLC 逆變電路，有兩個電容器電壓 Ucd，1/2Ucd?？紤]到電壓從 0 到滿電壓的過程， 直流環(huán)節(jié)電容和浮動電容， 有相同的電壓和電容。 此逆變電路由于要使用較多的電容，而且還需要控制電容上的電壓，實(shí)踐成本較高，常見用于3KV直流電網(wǎng)。3C1UdcABCC1C2圖 1.3中性點(diǎn)鉗位型三電平逆變電路該電路的每個橋臂由兩個全

9、控性器件構(gòu)成， 兩個器件都反并聯(lián)了二極管。 一個橋臂的兩個器件的中點(diǎn)通過鉗位二極管和直流側(cè)電容的中點(diǎn)相連。 通過相電壓之間的相減可以得到線電壓。 兩電平逆變電路的輸出線電壓共有 Ud，-Ud 和 0 三種電平。而三電平逆變電路的輸出線電壓則有 Ud，-Ud， Ud/2，-Ud/2 ，和 0 五種電平。總結(jié)NPC三電平逆變電路的一個突出優(yōu)點(diǎn)就是每個主開關(guān)器件關(guān)斷時所承受的電壓僅為直流側(cè)電壓的一半。 這是該電路比兩電平更適用于高壓大容量應(yīng)用場合的原因。與三電平電路類似的方法， 還可以構(gòu)成五電平等更多 NPC逆變電路，隨著電平數(shù)增加，所需鉗位二極管和 IGBT 開關(guān)數(shù)目也急劇增加。4第二章脈沖寬度調(diào)

10、制（ PWM）技術(shù)在多級 NPC逆變器中的應(yīng)用在前一章提出了多級轉(zhuǎn)換器拓?fù)洹?每一個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有不同的切換配置實(shí)現(xiàn)命令輸出電壓。調(diào)制策略負(fù)責(zé)綜合控制信號和參考保持所有電壓源平衡。 與直流電壓源輸出功率轉(zhuǎn)換器電壓是由短的不同電壓脈沖寬度所控制， 在圖 2.1 所示的脈沖寬度方法中，重要的是基于載波脈沖寬度調(diào)制 (CB-PWM)正弦脈寬調(diào)制 (SPWM)和空間矢量調(diào)制 (SVM)。多級調(diào)制方法基本的開關(guān)頻率混合切換頻率高速切換頻率空間矢量控制選擇諧波消除混合多級調(diào)制空間向量相移pwm水平移動pwmpwm載波層疊法正反層疊法交替正反層疊法圖 2.1 調(diào)制技術(shù)分類圖 2.2 每階段 SPWM波形的產(chǎn)生5

11、圖 2.3 每階段 CB-PWM波形的產(chǎn)生圖 2.4 基于 SVM技術(shù)的三相電流控制6圖 2.5 ABC立方體 平面上的投影 , 對稱三相系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換對于這個系統(tǒng)克拉克變換定義圖 2.6 三相逆變器在 坐標(biāo)的向量標(biāo)示7對于基本的電壓型逆變器，采用 180°導(dǎo)通方式，如 2.7 圖所示，則對三對開關(guān)的導(dǎo)通情況進(jìn)行組合有 8 種工作狀態(tài)。如果把上橋臂開關(guān)的導(dǎo)通用 “1”表示，下橋臂開關(guān)的導(dǎo)通用 “0”表示，則 8 種工作狀態(tài)可以依次表示為 100、110、010、011、001、101、111 和 000。從實(shí)際情況上看，前 6 種狀態(tài)有輸出電壓，屬于有效工作狀態(tài)，后兩種全部是管子上通或下

12、通， 沒有輸出電壓，稱之為零工作狀態(tài)。這種基本的逆變器稱為 6 拍逆變器。abcVdca.b.c.VaVbVc圖 2.7 三相電壓橋式逆變電路對于 6 拍逆變器，每個工作周期中， 六種有效工作狀態(tài)各出現(xiàn)一次， 每一次狀態(tài)持續(xù) 60°。這樣在一個周期中共轉(zhuǎn) 360°形成一個封閉的正六邊形。 對于兩個零工作狀態(tài)， 在這里變現(xiàn)為位于原點(diǎn)的零矢量。 如果采用 SVM控制，就可以使交流電動機(jī)的磁通盡量接近圓形。 所用的工作頻率越高， 交流電機(jī)的磁通就越接近圓形?？偨Y(jié)空間矢量脈寬調(diào)制 PVM可以看作一種在正弦調(diào)制 SPWM波里加入了某種零許分量的特殊規(guī)則采樣調(diào)制方式。 零分量的加入大大

13、提高線性工作范圍， 提高了直流電壓利用率。通過改變 SVM算法中的參數(shù)，可以加入不同的零序分量波形，從而得到多種 SVM調(diào)制方式，輸出靈活多樣的 PWM波以滿足實(shí)際需要。第三章NPC轉(zhuǎn)換器平衡直流電容的方法為了保證 NPC轉(zhuǎn)換器正常運(yùn)行，各個直流環(huán)節(jié)的電容電壓必須保持相等。否則會影響輸出的電壓和電流。 輸出的電壓的參考值與直流環(huán)節(jié)的電壓相聯(lián)系， 不考慮中性點(diǎn)電壓的差異。 在直流母線上引發(fā)的不平衡向量， 會導(dǎo)致整個控制功能失8效。由此本章提出了幾種避免不平衡NPC電容電壓的方法供參考。直流電容電壓平衡的硬件實(shí)現(xiàn)方法較為簡單的實(shí)現(xiàn)方法是在直流環(huán)節(jié)的每個電容器引入斬波電路如圖 3.1 所示，以保證適

14、當(dāng)?shù)碾妷褐?，但是這種方法有兩個重要缺點(diǎn)： 1、需要額外的組件； 2、造成能源損失。Uc1RRUc2圖 3.1 直流環(huán)節(jié)基于斬波電路電容電壓平衡三級NPC轉(zhuǎn)換器基于載波 SPWM DC電容器電壓平衡方法基于 SPWM調(diào)制技術(shù)電容電壓平衡方法中， 容易實(shí)現(xiàn)的方法之一是引入額外的補(bǔ)償和載波校正信號，以匹配電容電壓的實(shí)際值，避免了輸出電壓的畸變?nèi)鐖D 3.2 所示。9圖3.2 載波信號不平衡運(yùn)行期間修改示意圖第四章對NPC轉(zhuǎn)換器改進(jìn)的 SVM算法如今 , 大多數(shù)調(diào)速驅(qū)動器使用閉環(huán)矢量控制，所有這些方法都使用至少電流和直流環(huán)節(jié)電壓傳感器 , 以及通量和轉(zhuǎn)矩估計。 調(diào)制器的控制算法的一部分 , 它可以使用估

15、計和測量變量。 正確使用的數(shù)量也有助于提高性能調(diào)制器。 本章基于支持向量的一種改進(jìn)的調(diào)制算法的原則開關(guān)數(shù)量最小化和直流母線電容電壓平衡。在上一章中幾種方法用于直流環(huán)節(jié)電容電壓平衡。他們中的大多數(shù)有缺點(diǎn)的要求增加額外的傳感器或開關(guān)頻率。 下面的算法只使用變量和傳感器應(yīng)用于控制算法。為合適的直流環(huán)節(jié)電壓平衡、 能量流方向和差異容電壓之間就足夠了。 根據(jù)這兩個屬性和選擇適當(dāng)?shù)娜哂嘞蛄?, 充電或放電的直流環(huán)節(jié)電容是可能的開關(guān)數(shù)量最小化前面給出的方法保證減少的數(shù)量開關(guān)與直流環(huán)節(jié)電容電壓均衡。可以進(jìn)一步減少數(shù)量在低輸出電壓切換操作模式的正確使用零向量。兩級轉(zhuǎn)換器 PWM方法 , 在這個方法中轉(zhuǎn)換器的較低

16、的直流環(huán)節(jié)和其他兩個階段調(diào)制。 進(jìn)一步改進(jìn)可以減少在兩電平變換器開關(guān)損失高達(dá) 50%。的同樣的方法可以采用多級轉(zhuǎn)換器。它基于的假設(shè)一個階段是夾在 NP,更低或更高直流總線。 它給每個采樣時間只有一個零向量。然而 , 依賴于負(fù)載切換損失功率因數(shù)角。因此 , 可以獲得最大的降低 , 峰值相電流位于夾 ( 非調(diào)制 ) 的中心地區(qū)。有必要觀察峰值電流的位置 , 并選擇適當(dāng)?shù)牧阆蛄俊Ｋ梢詫?shí)現(xiàn)通過簡單描述積極或消極的峰值電流極性的關(guān)系的每一個階段。第五章 NPC變換器供電感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動器感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)描述由方程組來描述滿足以下假設(shè)： 三相電動機(jī)是對稱的 , 只有基本的諧波 , 各向異性的影響 , 磁飽和

17、、鐵損失和渦流被忽視 , 所有的電阻和電抗都假定為常數(shù) , 相電壓方程可以寫成 :10PI-PI-Udcx-ySVM -IM磁通和轉(zhuǎn)矩估計圖5.1 感應(yīng)電機(jī)的控制策略圖 5.2 PI 控制器的設(shè)計原理圖圖 5.3 定子磁通大小控制回路11參考文獻(xiàn)1 汪應(yīng)軍，楊硯杭，馬?；?空間矢量脈沖寬度調(diào)制技術(shù)的仿真研究 J 電氣傳動自動化， 2011，33（4）：12-52 翟文龍，黃斐梨，王耀明 逆變器供電感應(yīng)電機(jī)新型空間矢量 PWM控制方法J 清華大學(xué)學(xué)報 1997，第 37卷，第一期， 69-37 頁3 Alonso, O.; Marroyo, L.; Sanchis, P.; Gubia, E.;

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