三相两电平逆变器中心脉冲调制方法技术

本发明专利技术涉及一种三相两电平逆变器中心脉冲调制方法，使用给定合成电压矢量，求出三相负载给定电压，再根据三相负载给定电压，得到合适的三相负载中性点电压，再计算出逆变器三相给定电压。这种调制方法的电压利用率比SPWM提高了15％，和SVPWM电压利用率相同。且这种调制方法实现简单，计算量小，还可用于闭环控制。

【技术实现步骤摘要】
三相两电平逆变器中心脉冲调制方法
本专利技术属于逆变器领域，具体涉及三相两电平逆变器中心脉冲调制方法。
技术介绍
逆变器是通过功率开关器件的开通和关断，把直流电转换成交流电的一种电力电子变换器。目前逆变器广泛应用于新能源、电动汽车、家用电器、不间断供电电源、有源电力滤波器等领域。当前的调制方法主要有SPWM，空间电压矢量PWM(SVPWM)控制技术，含三次谐波注入的SPWM等。目前工程上对于三相逆变器的调制方法应用最多的是空间电压矢量PWM(SVPWM)控制技术，SVPWM控制技术根据期望的电压矢量确定扇区，计算该扇区相邻的有效工作矢量分别作用的时间，再计算六路PWM驱动信号的占空比。SVPWM控制技术的计算量稍大，占用内存较多，程序执行时间较长。含三次谐波注入的SPWM，通过在基波中注入幅值为基波幅值1/6的三次谐波，可使电压利用率比SPWM提高15％。这种调制方法计算量小，实现起来并不复杂。但是这种调制方法适用于开环控制系统，对于闭环控制系统则不太适用。
技术实现思路
要解决的技术问题为了克服现有SVPWM计算量大、含三次谐波注入的SPWM不能实现闭环控制的不足，本专利技术提供更为简易可行的三相两电平逆变器中心脉冲调制方法。技术方案一种三相两电平逆变器中心脉冲调制方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将tk时刻给定合成空间电压矢量变换到两相静止坐标系下，如式(1)所示：其中，U*(tk)为tk时刻给定合成电压矢量的幅值，ρ(tk)为tk时刻给定合成空间电压矢量与α轴的夹角；为tk时刻两相静止坐标系下α轴分量，为tk时刻两相静止坐标系下β轴分量；按照空间矢量功率和三相瞬时功率相等的原则，对进行2s/3s变换，得到三相负载给定电压：其中，为tk时刻三相负载给定电压；步骤2：根据步骤1算出的三相负载给定电压，确定三相负载中性点对于电源中性点的电压表达式：其中，为tk时刻三相负载中性点相对于电源中性点的给定电压；步骤3：根据步骤1算出的三相负载给定电压，以及步骤2得到的三相负载中性点对于电源中性点的给定电压，得到逆变器的三相输出电压：其中，为tk时刻逆变器的三相给定输出电压；步骤4：依据得到A相上下桥臂两路PWM驱动信号：A相输出电压关于开关管开通时间的函数为三角波，将A相给定电压作为比较值，和三角波比较，比较值大于三角波时下管开通，比较值小于三角波时上管开通；依据得到B相上下桥臂两路PWM驱动信号：B相输出电压关于开关管开通时间的函数为三角波，将B相给定电压作为比较值，和三角波比较，比较值大于三角波时下管开通，比较值小于三角波时上管开通；依据得到C相上下桥臂两路PWM驱动信号：C相输出电压关于开关管开通时间的函数为三角波，将C相给定电压作为比较值，和三角波比较，比较值大于三角波时下管开通，比较值小于三角波时上管开通；步骤5：将步骤4得到的6路PWM驱动信号，输入开关管的控制端，控制逆变器开关管的开通和关断，可实现在下一个周期内逆变器的平均输出电压等于当前给定电压。有益效果本专利技术提出的一种三相两电平逆变器中心脉冲调制方法，与现有技术相比有益效果为：只需使用给定合成电压矢量，就可以求出三相负载给定电压，再根据三相负载给定电压，得到合适的三相负载中性点电压，再计算出逆变器三相给定电压。由于的大小不影响合成空间电压矢量的大小，所以可以随意选取。但是的选取影响逆变器的直流电压利用率。当按步骤2的方式选择时，这样计算得到的逆变器三相输出电压中的最大值和最小值互为相反数，当输出电压达到极限时，至少有两相同时达到逆变器的极限电压(一正一负)。这样得到的PWM其中有两相是关于采样周期中心对称的，所以叫中心脉冲调制方法。这种调制方法的电压利用率比SPWM提高了15％，和SVPWM电压利用率相同。且这种调制方法实现简单，计算量小，还可用于闭环控制。附图说明图1为本专利技术方法的逆变器电路图。图2为本专利技术的三相两电平逆变器中心脉冲调制方法流程图。图3为本专利技术方法的调制原理图。图4为本专利技术逆变器接电机负载工作时给定负载电压、输出电压和负载中性点电压波形。图5为本专利技术逆变器接电机负载工作时的实验结果图。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：所述三相逆变器电路如图1所示，为给定合成空间电压矢量，调制器输出的6路PWM驱动信号分别控制逆变器6个开关管V1～V6的开通和关断，负载采用Y型连接，O点是电源中性点，O’是负载中性点。UA、UB、UC指A、B、C三点与电源中性点O之间的电压，U1、U2、U3指A、B、C三点与负载中性点O’之间的电压，UO’指负载中性点O’与电源中性点O之间的电压。如图2所示，本专利技术的三相两电平逆变器中心脉冲调制方法，实现过程如下：步骤1：将某时刻给定合成空间电压矢量变换到两相静止坐标系下，如式(1)所示。其中，U*(tk)为tk时刻给定合成电压矢量的幅值，ρ(tk)为tk时刻给定合成空间电压矢量与α轴的夹角。为tk时刻两相静止坐标系下给定α轴分量，为tk时刻两相静止坐标系下给定β轴分量。按照空间矢量功率和三相瞬时功率相等的原则，对进行2s/3s变换，可以得到tk时刻三相负载给定电压：其中，为tk时刻三相负载给定电压。步骤2：根据步骤1算出的tk时刻三相负载给定电压，确定tk时刻三相负载中性点O’对于电源中性点O给定电压表达式：其中，为tk时刻三相负载中性点O’相对于电源中性点O的给定电压。步骤3：根据步骤1算出的tk时刻三相负载给定电压，以及步骤2得到的tk时刻三相负载中性点对于电源中性点的给定电压，得到逆变器tk时刻三相输出给定电压：其中，为tk时刻逆变器tk时刻三相输出给定电压。步骤4：依据步骤3算出的逆变器的三相输出电压，可以得到6路PWM驱动信号，具体方法见图3。图3为PWM波形生成示意图，图中给出了2个连续的采样周期。定义A、B、C三相的上管开通的开关状态为Sw＝1，下管开通为Sw＝0。以A相为例，在第1个采样周期中，假设在t＝tr时开关状态Swa由0变为1，则在此时A相输出电压ua由-Udc/2变为Udc/2。在第2个采样周期中，假设在t＝tf时开关状态Swa由1变为0，则在此时桥臂输出电压ua由Udc/2变为-Udc/2。对应的在一个采样周期内的A相输出电压平均值为：由式(7)发现，相邻两个采样周期内的A相输出电压平均值Ua(tr)和Ua(tf)波形为三角波。将三角波作为载波，将逆变器三相输出电压给定值作为调制波，经过调制，可以得到一个周期内的PWM信号，具体实现方法见图3。从图3可以看出，一个周期内的三相输出电压给定值中间的最大值和最小值是关于时间轴对称的，也就是说当逆变器达到极限输出电压时，至少会有两相输出电压达到最大，这样就提高了逆变器的直流电压利用率，最大输出电压的幅值为和SVPWM一样，计算量比SVPWM小。步骤5：将步骤4得到的6路PWM驱动信号，输入开关管的控制端，控制逆变器开关管的开通和关断，可实现在下一个周期内逆变器的平均输出电压等于当前给定电压。由图4可以看出，经过本专利技术方法的逆变器给定负载电压为正弦波，输出电压为正弦波基础上叠加三角波。这样，本专利技术方法降低了输出电压的峰值，提高了电压利用率。由图5可以看出，经过本专利技术方法的逆变器实际输出电压为带斩波的电压波形，经过低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相两电平逆变器中心脉冲调制方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将tk时刻给定合成空间电压矢量变换到两相静止坐标系下，如式(1)所示：

【技术特征摘要】
1.一种三相两电平逆变器中心脉冲调制方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将tk时刻给定合成空间电压矢量变换到两相静止坐标系下，如式(1)所示：其中，U*(tk)为tk时刻给定合成电压矢量的幅值，ρ(tk)为tk时刻给定合成空间电压矢量与α轴的夹角；为tk时刻两相静止坐标系下α轴分量，为tk时刻两相静止坐标系下β轴分量；按照空间矢量功率和三相瞬时功率相等的原则，对进行2s/3s变换，得到三相负载给定电压：其中，为tk时刻三相负载给定电压；步骤2：根据步骤1算出的三相负载给定电压，确定三相负载中性点对于电源中性点的电压表达式：其中，为tk时刻三相负载中性点相对于电源中性点的...

【专利技术属性】
技术研发人员：解恩，武汇涛，李森，薛世阳，于博文，任璐，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61