一种空间矢量脉冲宽度调制试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了空间矢量脉冲宽度调制试验装置，直流电源通过直流调压单元进入逆变模块，交流电源进入负载模块，各个检测子模块的信号输出端连接控制系统模块，控制系统模块将产生的直流调压的控制信号通过隔离驱动输出到直流调压单元，控制系统模块将产生的逆变模块的控制信号通过隔离驱动输出到逆变模块，逆变模块的信号输出端连接永磁同步电机；控制系统模块将产生的负载模块的控制信号输出到负载模块，负载模块连接永磁同步电机。本实用新型专利技术充分利用了FPGA的电路定制与并行执行特性，减少了硬件系统芯片的数目，提高了系统的可靠性与灵活性，方便系统更新。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种空间矢量脉冲宽度调制试验装置
本技术涉及空间矢量脉冲宽度调制领域，尤其涉及一种空间矢量脉冲宽度调制试验装置。
技术介绍
逆变器可将直流电源转化为频率和幅值可变的交流电源，由于如图1所示的逆变器具有结构简单、实现方便等优点，几乎成了两电平三相逆变器的标准配置，广泛应用于电动汽车等工农业生产调速的场合。采用的空间矢量脉冲宽度调制(space vector pulsewidth modulation, SVPWM)是基于“伏-秒平衡”的原理，用占空比不断变换的高频电压脉冲按照时间平均来等效命令电压。 基于平均意义上的电压等效，SVPWM只规定了基本电压矢量作用的时间，并未规定其作用的顺序及分布，这就为大量调制策略的出现提供了可能。而逆变器中功率开关管的开关特性及脉冲宽度调制(PWM)的原理决定了死区、谐波等不可避免，死区及谐波带来了能量损耗、转矩脉动、电磁辐射、声频噪声等一系列问题。因此，出现了一系列优化技术，除了共有的优化目标外，针对不同的应用又有特有的优化目标，因此出现了大量的调制策略。两个零矢量作用时间可以按照任意比例进行分配，可以分为多个时间段进行作用；非零基本电压矢量作用时间也可分为多段进行；作用次序可以任意排列；在“伏-秒平衡”中，开关频率是自由变量，其可以进行优化或随机化。但是无论哪种策略都无法彻底消除死区及谐波，只能减小其影响。如，非连续PWM(DPWM)可以减小开关损耗，但是可能带来谐波畸变增加；随机SVPWM能大幅度减小集簇谐波的频谱峰值，进而提高电磁兼容性，但其频谱扩展特性可能会将谐波扩展到不希望的频段，还有可能增加谐波畸变；优化SVPWM可以在获得较小谐波畸变的同时提高电磁兼容性，但是带来了控制器(如比例积分控制器，即PI控制器)参数变动等问题，使控制系统复杂化。逆变器的正常运行过程是在确定的时间里有规则地使6个功率开关管导通、关断，从而生成需要的电压脉冲。图1所示逆变器中，每相上下两个开关管成互补导通。不同的开关状态可以形成8个基本的电压矢量，包括6个非零基本电压矢量(UlM2MiAAA )和2个零电压矢量(?,^ )，如图2所示。图2中:1表示上臂开关管导通，O表示下臂开关管导通。以6个非零基本电压矢量的端点为顶点的正六边形可分为如图2所示的6个扇区。任何一个位于图2所示的正六边形内的电压矢量，都可由所处扇区边界的两个非零基本电压矢量及零电压矢量(?,--)按照时间平均合成得到。为了减少开关次数、提高输出电压的品质，如在扇区①:中矢量作用顺序是:U0 ift -^u7 -^u7ii9将置于开关周期的两端，置于中间；有的调制策略中两个零矢量只选一个作用。目前讨论最多、已广泛应用、具有代表性、或具有实用价值的SVPWM策略中，可归纳如下:(1)传统的SVPWM:两个零矢量作用时间，相等，都等于零矢量总作用时间的1/2，并且均匀地分配在周期的两端。三相上臂开关管开关脉冲的波形如图2所示。(2)非连续SVPWM，简称DPWM:图2中三相上臂开关脉冲中高电平最宽的脉冲在一个调制周期内一直为高电平，或高电平最窄的脉冲在一个调制周期内一直为低电平，可保证在每一时刻总有一相开关不动作。则开关次数约为原来的2/3，因此开关损耗可减小约1/3或减小更多。也就是说，在相同的开关损耗下，开关频率可以提高到以前的约3/2倍。DPWMMIN:不使用零矢量% ,即T丽=0，%观=T测；DPWMMAX:不使用零矢量 5。，即 %職=0，Tsw = Tsw ；DPWMO:在图2中，以0°开始划分，每60。为一个区，交替选择零矢量疗。、氏。即，在扇区①、〔§)、⑤中使用岛，在扇区②、④、@中使用5?；DPWM1U90。开始划分，每60。为一个区，交替选择零矢量岛、氏；DPWM2:以仰。开始划分，每go。为一个区，交替选择零矢量疗。、岛。即，在扇区?,③、?中使用，在扇区@中使用；DPWM3:以30。开始划分，每60。为一个区，交替选择零矢量5。、氏；其他DPWM:自由设定开始划分的角度。(3)随机SVPWM:开关频率、脉冲定位方式、两个零矢量作用时间分配方式等一个或几个因素进行随机化。包括:随机开关频率SVPWM:开关频率V?随机化；随机脉冲位置SVPWM:在第①扇区中，A相的高电平在整个开关周期内可以随机移动相的高电平在A相高电平限制的范围内可以随机移动；C相的高电平在B相高电平限制的范围内可以随机移动；这三相可以只选择一相、两相、三相随机。其他扇区中类似；随机零矢量分配SVPWM:两个零矢量和的作用时间在比例上随机化；混合随机SVPWM:以上三种随机方式任意两种或三种混合。(4)优化SVPWM。针对SVPWM涉及的因素进行优化，主要包括:零矢量分配因子优化SVPWM:以谐波畸变最小为目标，对^和良的作用时间分配比例进行优化；开关周期/频率优化SVPWM:以谐波崎变最小为目标，对开关周期/频率进行优化。上述SVPWM技术都是基于逆变器母线电压恒定或被动地实时检测母线电压，进行计算，进而产生6路控制脉冲；在母线电压的控制方面并不考虑命令电压矢量的具体值。实际上，对于相同的命令电压矢量，不同的母线电压下，逆变器输出交流电的品质有很大的差异。这为新调制策略的开发及逆变器性能的改善提供了广阔的空间。对不同的调制策略进行实验对比、定性定量评价是合理选择调制策略与研发新调制策略的基础。但是，目前所有公开的文献中，未见到有能够集成大量空间矢量脉宽调制策略的试验装置。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种空间矢量脉冲宽度调制试验装置，能够进行大量现有调制策略的实验。本技术采用下述技术方案:一种空间矢量脉冲宽度调制试验装置，包括控制系统模块、检测模块、逆变模块、负载模块与永磁同步电机，直流电源通过直流调压单元进入逆变模块，交流电源进入负载模块，其中所述的检测模块包括测量直流电源输出端的母线电压、电流测量子模块、逆变模块的温度与故障检测子模块、永磁同步电机的电流测量子模块、转子位置测量子模块和扭矩测量子模块，所述各个检测子模块的信号输出端连接控制系统模块，控制系统模块将产生的直流调压的控制信号通过隔离驱动输出到直流调压单元，控制系统模块将产生的逆变模块的控制信号通过隔离驱动输出到逆变模块，逆变模块的信号输出端连接永磁同步电机；控制系统模块将产生的负载模块的控制信号输出到负载模块，负载模块连接永磁同步电机。所述的控制系统模块包括计算机、CAN卡、控制器与电可擦写存储器，所述的计算机通过CAN卡与控制器连接，控制器连接有电可擦写存储器。所述的控制器预制有调制策略，所述的调制策略包括有:⑴、传统的SVPWM，即两个零矢量作用时间均分；(2)、DPWMO ； (3)、DPWMl ； (4)、DPWM2 ； (5)、DPWM3 ； (6)、DPWMMAX ；(7)、DPWMIN ； (8)、其他DPWM ； (9)、随机开关频率SVPWM ； (10)、随机零矢量分配SVPWM ；(11)、随机脉冲位置SVPWM ； (12)、混合随机SVPWM ； (13)零矢量分配因子优化SVPWM ;这13种策略均有直流母线电压优化与不优化两种选择；除了(9)、(12)这两种调制策略外，其他11种调制策略均有开关周本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间矢量脉冲宽度调制试验装置，其特征在于：包括控制系统模块、检测模块、逆变模块、负载模块与永磁同步电机，直流电源通过直流调压单元进入逆变模块，交流电源进入负载模块，其中所述的检测模块包括测量直流电源输出端的母线电压、电流测量子模块、逆变模块的温度与故障检测子模块、永磁同步电机的电流测量子模块、转子位置测量子模块和扭矩测量子模块，所述各个检测子模块的信号输出端连接控制系统模块，控制系统模块将产生的直流调压的控制信号通过隔离驱动输出到直流调压单元，控制系统模块将产生的逆变模块的控制信号通过隔离驱动输出到逆变模块，逆变模块的信号输出端连接永磁同步电机；控制系统模块将产生的负载模块的控制信号输出到负载模块，负载模块连接永磁同步电机。

【技术特征摘要】
1.一种空间矢量脉冲宽度调制试验装置，其特征在于:包括控制系统模块、检测模块、逆变模块、负载模块与永磁同步电机，直流电源通过直流调压单元进入逆变模块，交流电源进入负载模块，其中所述的检测模块包括测量直流电源输出端的母线电压、电流测量子模块、逆变模块的温度与故障检测子模块、永磁同步电机的电流测量子模块、转子位置测量子模块和扭矩测量子模块，所述各个检测子模块的信号输出端连接控制系统模块，控制系统模块将产生的直流调压的控制信号通过隔离驱动输出到直流调压单元，控制系统模块将产生的逆变模块的控制信号通过隔离驱动输出到逆变模块，逆变模块的信号输出端连接永磁同步电机；控制系统模块将产生的负载模块的控制信号输出到负载模块，负载模块连接永磁同步电机。2.根据权利要求1所述的空间矢量脉冲宽度调制试验装置，其特征在于:所述的控制系统模...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国强，康件丽，赵俊伟，陈水生，杨伟东，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：新型
国别省市：河南;41