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低开关频率下的不对称空间矢量脉宽调制

发布时间:2020-07-10 发布时间:
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1 引言
随着电力电子技术的不断发展,大功率变换装置在工业生产机械传动领域的应用日趋广泛。大功率传动中,降低功率器件开关频率可有效降低开关损耗且可增大大功率变换装置输出功率,但也会造成一系列问题。目前,国内外学者对大功率变换装置低开关频率控制系统的研究,一类侧重于低开关频率下的高性能控制策略,如文献中基于复矢量解耦的新型电流调节器,以及基于模型预测的控制方法。另一类着重于PWM的改进算法,其中较大一部分是基于开关角直接调制的优化PWM,此类优化算法存在只能实现稳态离线求解、算法较为复杂等缺陷。
文献指出,用于固定开关频率的PWM算法可分为自然采样PWM,规则采样PWM,直接PWM这三类。其中,自然采样PWM谐波输出性能较好,但求解极复杂;目前应用较广泛的SVPWM是规则采样的一种,其实现简单,但与自然采样相比存在基带谐波系数较大的缺点;而不对称规则采样指在一个载波周期内设置两个采样点,输出谐波性能与自然采样类似。这里针对低开关频率下PWM输出谐波性能变差、控制系统带宽降低、电流畸变率增大等问题,提出将不对称规则采样与SVPWM相结合的ASVPWM,充分结合了SVPWM实现简单,不对称规则采样谐波输出性能较好的优势,有效改善了低开关频率下的PWM输出谐波性能,降低了输出电流畸变率。Matlab仿真及DSP实验验证了该调制算法的有效性。

2 不同采样方式时的谐波性能分析
2.1 不对称规则采样原理
以两电平载波调制为例介绍不对称规则采样原理,图1示出不同采样方式下逆变器单相桥臂的输出开关脉冲(为便于区分,此处人为加大了一个载波周期内的调制波幅值变化)。


可见,自然采样的采样时刻由载波ur与调制波uc交点决定,输出脉冲一般不基于载波峰值对称;对称规则采样的采样点固定在每个载波周期的负峰值(或正峰值)处,输出脉冲基于载波峰值对称;不对称规则采样的采样点固定在1/4载波周期和3/4载波周期处,输出脉冲一般不基于载波峰值对称。
2.2 谐波性能分析
采用二重傅里叶积分进一步分析3种不同采样方式下相电压(相对于直流母线零点间的相电压)的谐波组成,定义x(t),y(t)分别为ur及uc的时域分量,具体为:
x(t)=ωct+θc, y(t)=ω0t+θ0 (1)
式中:ωc为载波角频率,ωr=2π/Tc,Tc为载波周期;ω0为基波(正弦)角频率,ω0=2π/T0,T0为基波周期;θc为载波的任意相位偏移;θ0为基波的任意相位偏移。
以a相为例,3种采样方式下相电压的二重傅里叶积分表达式为:



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