低開關頻率下的不對稱空間矢量脈寬調制
隨著電力電子技術的不斷發展,大功率變換裝置在工業生產機械傳動領域的應用日趨廣泛。大功率傳動中,降低功率器件開關頻率可有效降低開關損耗且可增大大功率變換裝置輸出功率,但也會造成一系列問題。目前,國內外學者對大功率變換裝置低開關頻率控制系統的研究,一類側重于低開關頻率下的高性能控制策略,如文獻中基于復矢量解耦的新型電流調節器,以及基于模型預測的控制方法。另一類著重于PWM的改進算法,其中較大一部分是基于開關角直接調制的優化PWM,此類優化算法存在只能實現穩態離線求解、算法較為復雜等缺陷。
文獻指出,用于固定開關頻率的PWM算法可分為自然采樣PWM,規則采樣PWM,直接PWM這三類。其中,自然采樣PWM諧波輸出性能較好,但求解極復雜;目前應用較廣泛的SVPWM是規則采樣的一種,其實現簡單,但與自然采樣相比存在基帶諧波系數較大的缺點;而不對稱規則采樣指在一個載波周期內設置兩個采樣點,輸出諧波性能與自然采樣類似。這里針對低開關頻率下PWM輸出諧波性能變差、控制系統帶寬降低、電流畸變率增大等問題,提出將不對稱規則采樣與SVPWM相結合的ASVPWM,充分結合了SVPWM實現簡單,不對稱規則采樣諧波輸出性能較好的優勢,有效改善了低開關頻率下的PWM輸出諧波性能,降低了輸出電流畸變率。Matlab仿真及DSP實驗驗證了該調制算法的有效性。
2 不同采樣方式時的諧波性能分析
2.1 不對稱規則采樣原理
以兩電平載波調制為例介紹不對稱規則采樣原理,圖1示出不同采樣方式下逆變器單相橋臂的輸出開關脈沖(為便于區分,此處人為加大了一個載波周期內的調制波幅值變化)。
可見,自然采樣的采樣時刻由載波ur與調制波uc交點決定,輸出脈沖一般不基于載波峰值對稱;對稱規則采樣的采樣點固定在每個載波周期的負峰值(或正峰值)處,輸出脈沖基于載波峰值對稱;不對稱規則采樣的采樣點固定在1/4載波周期和3/4載波周期處,輸出脈沖一般不基于載波峰值對稱。
2.2 諧波性能分析
采用二重傅里葉積分進一步分析3種不同采樣方式下相電壓(相對于直流母線零點間的相電壓)的諧波組成,定義x(t),y(t)分別為ur及uc的時域分量,具體為:
x(t)=ωct+θc, y(t)=ω0t+θ0 (1)
式中:ωc為載波角頻率,ωr=2π/Tc,Tc為載波周期;ω0為基波(正弦)角頻率,ω0=2π/T0,T0為基波周期;θc為載波的任意相位偏移;θ0為基波的任意相位偏移。
以a相為例,3種采樣方式下相電壓的二重傅里葉積分表達式為:
評論