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一种扩展SVPWM线性调制区及过调制算法实现

发布时间:2020-07-21 17:36:55 阅读: 来源:彩钢瓦厂家

摘要:最小脉宽限制减少了空间矢量脉宽调制(SVPWM)的线性调制区,过调制技术能提高逆变器输出基波电压。相对六阶梯波运行状态,七段式脉宽调制(PWM)直流电压利用率不高。提出平滑切换到五段式PWM的方法,能扩大线性调制区并实现过调制。其优点是算法简单易用,无需计算切换角度或查表。在Matlab/Simulink仿真软件和永磁同步电梯曳引机上进行实验,结果表明理论分析正确。关键词:空间矢量脉宽调制;过调制;电压利用率1 引言 PWM技术已广泛应用于三相电压源逆变器,在DC/AC功率转换过程中,SVPWM方式相比传统的正弦脉宽调制(SPWM),其电压利用率提高了15.5%。但SVPWM方式只能将输出基波电压提高到六阶梯波运行时的0.907倍,而在直流电压受到限制又需增大输出时,过调制方法的研究对提高电压利用率有很大意义。 文献提出一些过调制方法,但均存在不足。这里在传统SVPWM方法基础上,针对线性调制区损失和过调制算法,提出了扩展线性调制区的平滑过渡方法,并且实现了过调制。2 SVPWM2.1 SVPWM常用调制方式 三相电机一般采用如图1所示的电压源逆变电路,上下管为互补的调制方式,能输出6个基本矢量和两个零矢量,由这6个基本矢量在空间组成正六边形,如图2所示。

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根据电压空间矢量理论,通过6个基本矢量和零矢量可组合成空间内的任意电压向量,以第I扇区为例,其表达式为: ur=t1U0/Ts+t2U60/Ts (1) 式中:Ts为PWM周期;t1,t2为基本矢量作用时间。 通常t1+t2Ts,其余时间用零矢量来填充,零矢量作用时间为: t0=Ts-t1-t2 (2) 将零矢量对称放在Ts的中间和两边,构成常用的七段式SVPWM,如图3所示,能有效减少输出的谐波分量,但开关损耗较大。

零矢量集中放在Ts中间或两边,每个Ts内总有一相开关状态不变。零矢量集中到Ts中间,a相恒为高电平,如图4a所示。零矢量平均分到Ts两边,c相恒为低电平,如图4b所示。这种五段式SVPWM有利于减少开关损耗,但在低速时会有明显走走停停的情况。

2.2 窄脉冲限制和死区对线性调制区的影响 以为基准进行标幺化,输出电压Ur标幺化后为ur即: 设死区时间为td,窄脉冲限制为tmin,则限制时间为2td+tmin。在七段式PWM方式下,PWM输出只能在(2td+tmin,Ts-2td-tmin)范围内连续可调,导致电压空间正六边形第I扇区真正能到达的区域只有图5a所示阴影部分。在五段式PWM方式下,PWM占空比受到同样的限制,电压空间正六边形真正能到达的区域只有图5b,c所示阴影部分。

对比图5a,b,c可见,五段式PWM相比七段式,能输出更大幅值的电压向量,提高了电压利用率,但五段式PWM存在电压跳跃区,会使输出转矩波动大。 为提高电压利用率,可采用七段式-五段式结合的方法,即一般情况下使用七段式,当零矢量时间小于2倍限制时间,即4td+2tmin时,切换到五段式PWM,在扇区中间切换两种五段式,能消除电压跳跃现象,输出电压范围可达图5d所示阴影部分,线性调制区输出电压范围(0,(Ts-2td)/Ts)。2.3 非线性调制区的处理 以第I扇区为例,如图6所示,五段式PWM能将线性调制区从△OAB扩展到△OCD。当继续增大输出电压时,需采用过调制技术。

对基本向量U0和U60作垂线相交于点O’,对于幅值超出线性调制区的电压向量ur1,和超出正六边形边界的电压向量ur2,ur2与△LFO’交于点H,J,由几何关系可得,当μr2为|OH|时,有: |OE|+|EH|cos(π/3)=|OF| (4) 同时又有|OE|/|OF|=t1/Ts,|EH|/|OF|=t2/Ts,因此可以用式(5)来判断电压向量在粗实线多边形CDLJHF中: t1+t2/21,if(t1>t2), t1/2+t21,if(t2>t1) (5) 该区域内PWM能实际输出的点只有边界LF,因此不改变输出向量的角度,只改变幅值,将幅值拉到边界上。 在多边形CDLJHF以外区域,当t1>t2时,输出U0;当t2>t1时,输出U60。随着输出矢量的增大,输出基本矢量的时间会逐渐增大,最后过渡到六阶梯波输出。3 调制算法 由上述分析可知,在△OAB内为七段式PWM,其余区域为五段式PWM,在多边形CDLJHF内将电压矢量拉到正六边形边界,之外区域输出基本矢量,可得如图7所示调制算法流程图。

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