三相维也纳整流器载波断续脉宽调制制造技术

本发明专利技术公开了两种三相维也纳整流器的载波断续脉宽调制，包括过零箝位型和峰值箝位型；过零箝位型载波断续脉宽调制的箝位区域位于输入电流过零点和峰值点附近，可改善输入电流过零畸变；峰值箝位型载波断续脉宽调制箝位区域位于输入电流最大相，能最大程度减少开关损耗，效率最高。两种调制所需注入的零序分量均通过一个表达式实现，相较于其他断续脉宽调制，实现简单，缩短了调制程序执行时间，减轻了数字控制器的计算负担，适用于宽禁带器件高开关频率AC/DC变流器。关频率AC/DC变流器。关频率AC/DC变流器。

【技术实现步骤摘要】
三相维也纳整流器载波断续脉宽调制


[0001]本专利技术属于电力电子变换器
，特别涉及了三相维也纳整流器的控制方法。

技术介绍

[0002]三相维也纳整流器的电路结构简单、开关器件数量少、不存在直通问题，同时具有高功率密度，高可靠性的优点，因而被广泛应用于航空领域，电动汽车领域。基于碳化硅、氮化镓等宽禁带器件的变流器，为了取得更高的功率密度，开关频率往往几倍于传统硅器件变流器，控制周期相对应缩短。同时在航空一次电源的应用场合，往往希望变换器具有更高的开关频率。一方面，高开关频率可使变换器减小体积重量，获得更高的功率密度；另一方面，航空电网的基波频率较高，高开关频率可以帮助降低电流谐波畸变，提升功率因数。然而高开关频率将带来更高的开关损耗，降低系统效率，同时给数字处理器带来巨大负担。
[0003]断续脉宽调制(Discontinuous pulse width modulation，DPWM)在矢量合成时每次仅选取一个小矢量，每一相的开关管在1/3基波周期内不动作，可以有效降低开关损耗。此外，载波断续脉宽调制(Carrier
‑
based DPWM，CB
‑
DPWM)比基于空间矢量的调制计算更简单，更易于软件实现，尤其在基于宽禁带器件的高频变流器中更具优势。现有技术文献“Lee J，Lee K.Carrier
‑
based discontinuous PWM method for Vienna rectifiers[J]，IEEE Transactions on Power Electronics，2015，30(6)：2896
‑
2900.”提出一种断续载波调制，将过零相钳位到直流侧中点，解决了Vienna整流器电压电流存在不同相问题，增加了判断条件，算法变得复杂。现有技术文献“Lee J，Lee K.Performance analysis of carrier
‑
based discontinuous PWM method for Vienna rectifiers with neutral
‑
point voltage balance[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2016，31(6)：4075
‑
4084.”提出可以进一步注入附加零序分量来实现不同的断续脉宽调制，但是其判断步骤繁琐，计算复杂。文献“Li K，Wei M，Xie C，et al.Triangle Carrier
‑
Based DPWM for Three
‑
Level NPC Inverter[J]，IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics，2018，6(4)：1966
‑
1978.”中通过在零序分量中增加可变系数来控制断续脉宽调制的箝位模式，但可变系数的取值需要进行扇区判断，计算过程较为繁琐，不利于数字实现。因此有必要研究简化的载波断续脉宽调制算法，减轻数字控制器的计算负担。

技术实现思路

[0004]为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了三相维也纳整流器的两种载波断续脉宽调制。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]所述过零箝位型载波断续脉宽调制，现通过三相正弦调制波之间的大小关系计算得到所需注入的零序分量表达式，其特征在于：其三相正弦调制波如式I所示，其中f为电网频率；M为归一化的调制波幅值，其值与调制比相同，由式II计算；
[0007][0008][0009]其中U
ac
为交流电网相电压有效值，U
dc
为直流侧电压。通过向三相正弦调制波中注入零序分量，可载波实现DPWM。过零箝位型载波断续脉宽调制所需注入的零序分量u
offset1
依据式III计算；
[0010]u
offset1
＝(0.5
‑
0.5sign(u
mid
))
×
(1
‑
u
rmax
)
‑
(0.5+0.5sign(u
mid
))
×
u
rmin
ꢀꢀ
式III
[0011]式中，u
mid
为式I中三相正弦调制波的中间值，sign(u
mid
)函数为取符号函数，当u
mid
的值大于0时，sign(u
mid
)输出值为1；当u
mid
的值小于0时，sign(u
mid
)输出值为
‑
1；u
rmax
为u
rx
中的最大值，u
rmin
为u
rx
中的最小值，u
rx
(x＝a，b，c)由式IV计算；
[0012]u
rx
＝u
mx
+0.5
‑
0.5sign(u
mx
)，x＝a，b，c
ꢀꢀꢀ
式IV
[0013]注入零序分量后的三相正弦调制波依据式V计算；
[0014][0015]式中，u
ref_x
(x＝a，b，c)分别为过零箝位型载波断续脉宽调制的三相正弦调制波。
[0016]进一步地，所述峰值箝位型载波断续脉宽调制，通过三相正弦调制波之间的大小关系计算得到所需注入的零序分量表达式，其特征在于：箝位输入电流最大相，其所需注入的零序分量u
offset2
由式VI计算；
[0017][0018]u
max
和u
min
为式I中三相正弦波的最大值和最小值，注入零序分量u
offset2
后的三相正弦调制波依据式VII计算；
[0019][0020]式中，u
ref_x
(x＝a，b，c)分别为峰值箝位型载波断续脉宽调制的三相正弦调制波。
[0021]采用上述技术方案带来的有益效果：
[0022]本专利技术可以缩短调制程序执行时间，减轻数字控制器的计算负担。因此，本专利技术设计的调制方法适用于高功率密度、高效率的功率因数校正场合，尤其在基于宽禁带器件的高频Vienna整流器或其他AC/DC变流器。
附图说明
[0023]图1为过零箝位型载波断续脉宽调制和峰值箝位型载波断续脉宽调制的箝位区域示意图；
[0024]图2为载波断续脉宽调制的计算流程图；
[0025]图3为采用本专利技术两种调制算法及其电路仿真波形图；
[0026]图4为采用本专利技术两种调制算法及其电路具体实例的稳态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.过零箝位型载波断续脉宽调制，通过三相正弦调制波之间的大小关系计算得到所需注入的零序分量表达式，其特征在于：标幺化的三相正弦调制波如式I所示，其中f为电网频率；M为归一化的调制波幅值，其值与调制比相同，由式II计算；化的调制波幅值，其值与调制比相同，由式II计算；其中U
ac
为交流电网相电压有效值，U
dc
为直流侧电压。通过向三相正弦调制波中注入零序分量，可载波实现DPWM。过零箝位型载波断续脉宽调制所需注入的零序分量u
offset1
依据式III计算；u
offset1
＝(0.5
‑
0.5sign(u
mid
))
×
(1
‑
u
rmax
)
‑
(0.5+0.5sign(u
mid
))
×
u
rmin
ꢀꢀ
式III式中，u
mid
为式I中三相正弦调制波的中间值，sign(u
mid
)函数为取符号函数，当u
mid
的值大于0时，sign(u
mid
)输出值为1；当u
mid

【专利技术属性】
技术研发人员：张犁，张哲，邹宇航，明岩，邢岩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：