随机脉宽调制技术的再认识

梳理了随机脉宽调制技术的发展脉络。阐明了伴随着电力电子技术的发展,随机脉宽调制技术历经从随机开关脉宽调制、随机开关位置脉宽调制和随机载波脉宽调制三种单随机脉宽调制的输出谐波特性研究,逐步扩展到将普通脉宽调制技术与随机脉宽调制技术相结合的双随机脉宽调制技术。侧重点也由单纯追求抑制电磁噪声和机械振动效果,到输出谐波频谱、功率谱等频域特性的理论分析。总结了随机脉宽调制的基本实现方法和原理,指出未来研究趋势,为随机脉宽调制技术的发展提供参考。     

离散随机SVPWM中概率密度函数的表征与选择

针对连续随机空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation, SVPWM)技术在永磁同步电机驱动系统中对高度集中的PWM谐波能量分散效果不理想问题，提出一种基于Beta分布的离散混合双随机SVPWM技术。首先，基于调制理论分析传统SVPWM技术的开关函数与电压PWM谐波之间的内在联系，并根据开关函数中调制参数的组合形式不同对随机SVPWM技术进行分类。然后，从预定义的离散序列中随机选择开关频率因子和脉冲位置因子以实现开关函数中开关频率和脉冲位置的离散随机化，同时基于Beta分布和均匀分布对离散随机序列进行优化，以改善离散随机SVPWM技术的PWM谐波抑制效果，使得频域中的谐波能量分散到更多频率分量处。通过实验平台测试，结果显示基于Beta分布的离散双随机调制技术相较于传统随机脉宽调制技术谐波峰值降低了53%,表明引入Beta分布的离散混合双随机SVPWM技术具有更优的谐波散射效果，同时还具有与传统SVPWM技术相当的驱动效率。     

单相逆变器小波多分辨调制技术研究

为进一步改善逆变器输出谐波的频谱分布,提出一种基于多分辨小波调制(WM)的单相逆变器控制技术。首先将逆变器调制过程模拟为一个非均匀采样与重构的过程,而后采用组合Haar小波结合多分辨分析(MRA)理论对这一过程进行实现。实验表明,与传统的正弦脉宽调制逆变器相比,这种WM方法可将逆变器输出的集中在整数倍开关频率附近的谐波相对均匀地分散到一个较宽的频带范围内,并有效减小整数倍开关频率附近的离散谐波幅值。这有助于降低因过于集中的谐波功率谱引起的系统电磁干扰(EMI)。     

汽车暖风电机系统低噪声脉宽调制策略研究

以汽车暖风电机为研究对象,提出了一种基于空间矢量脉宽调制技术的电机系统减振降噪方法。分析了固定频率脉宽调制以及随机周期(即开关频率随机)调制信号的功率密度谱。对传统系统及提出的随机开关频率SVPWM系统运用MATLAB/Simulink进行了仿真,对电机输入电流进行了频谱分析,对随机程度过大时系统易出现振荡情况给予考虑,并选择了合适参数。仿真结果表明,该方法可以使谐波谱分布均匀化,从而降低系统的振动噪声,降低其对周边电子电气设备的干扰。     

基于永磁同步电机转子位置变化的混合开关频率调制技术

以电动汽车驱动用永磁同步电机为研究对象,提出一种新型混合开关频率调制策略,对其电压源逆变器的高频边带谐波电流优化进行了研究.首先,基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术基本原理与实现方式,建立了响应的Matlab/Simulink仿真模型,分析了高频边带谐波电流产生机理.其次,基于电机转子电角度位置变化提出了新型混合开关频率调制策略,以减少电压源逆变器工作过程中产生的谐波成分,优化边带谐波电流响应.最后,通过合理设定电机参数,对电机稳态运行过程中的逆变器开关频率进行在线调节以降低谐波电流及其相应的扩展频谱.仿真过程中进一步对固定开关频率、传统随机开关频率及新型混合开关频率控制策略的边带谐波电流进行了对比分析.结果表明,相比于传统随机调制策略,所提出的新型调制技术对开关频率及其倍频附近的边带谐波成分有较好的抑制效果,进而验证了所提出方法的有效性.     

基于随机脉宽调制技术简化中频电源输出滤波器

在分析逆变器控制模型的基础上,将单极倍频和随机脉宽调制技术用于逆变器波形调制,有效提高逆变器等效开关频率,并明显降低开关频率处的离散谐波幅值.分析了随机信号对开关函数功率谱密度特性的影响,据此提出随机脉宽调制技术的实用化设计方法.改进后逆变器输出滤波器的截止频率可以取较高值,保证足够的控制系统带宽,有效提高逆变器输出电...     

离散均匀分布随机SVPWM中伪随机数序列的表征与选择EI北大核心CSCD

采用随机的脉宽调制策略存在随机因子与输出电压功率谱之间关系不明确的问题。通过对随机位置SVPWM和随机周期SVPWM选用的伪随机数序列所服从的概率分布进行分析,利用随机过程理论建立该序列中概率参数和频域上谐波分布的联系。同时,推导服从离散均匀分布的伪随机数序列的功率谱数学表达,揭示功率谱与伪随机数序列之间的内在联系。提出应用梅森旋转算法来构造伪随机数生成器,改善传统线性反馈移位寄存器循环周期短、随机性差等缺陷。通过仿真和实验对比不同伪随机数生成器对功率谱中开关频率及其倍数处离散谐波能量的分散效果。结果验证所提出的方法和理论分析的正确性,为研究随机SVPWM对改善功率变换器中噪声和振动问题提供了参考。     

一种低电磁干扰载波斜率随机分布脉宽调制技术

针对固定载波脉宽调制技术输出电压谐波在载频及其倍频附近集中的问题,提出了一种载波斜率随机分布脉宽调制技术,无需滤波电路即可分散谐波能量,减少谐波突出幅值给电力系统带来的电磁干扰问题。在分析固定载波脉宽调制谐波特性的基础上,类推出随机载波脉宽调制技术的可行性;从随机信号的数理统计参量出发构建了载波斜率随机分布脉宽调制数学模型,对输出电压功率谱进行推导,阐释了载波斜率随机分布脉宽调制技术分散谐波能量的原理,并对影响谐波能量分布的参数进行了分析;最后,仿真和实验表明载波斜率随机分布脉宽调制输出电压谐波能量更为分散、平缓,对于中大容量电力系统中谐波处理具有重要意义。     

基于周期谐波扩频调制的永磁同步电机高频边带声振抑制

该文以电动汽车后桥驱动用12槽-10极永磁同步电机及其控制系统为研究对象,基于周期谐波扩频调制技术,对常规空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术所引入的边带谐波成分与高频声振响应进行抑制与优化研究。分析了边带电流谐波频谱与径向电磁力主要的阶次特征分布。建立了完整的谐波扩频功率谱解析模型,对锯齿波和正弦波两种典型的周期信号进行了理论解析,并分析了扩频宽度和调制因子对抑制效果的影响。通过样机及测控实验平台,对不同工况下的边带电流谐波和声振响应进行了验证。结果表明,周期谐波扩频调制能够有效抑制边带电流谐波,多转速工况下噪声响应的中心频带优化20dBA以上;锯齿波扩频调制的抑制效果优于正弦波扩频调制;正弦波扩频调制对扩频宽度的变化较为敏感。     

采用随机脉宽调制技术降低电力有源滤波器开关谐波

近年来,电力有源滤波器广泛用于抑制电网谐波、提高电力系统电能质量。对于电网而言,基于脉宽调制技术的有源滤波器等效为高频谐波源,产生开关频率及其倍频成分谐波,引发电磁兼容性问题。随机脉宽调制技术将开关频率随机化,使得开关频率处幅值较大的离散谐波扩展为一定带宽内幅值较小的连续谐波,从而降低开关谐波幅值。论文选取随机脉宽调制技术用于抑制有源滤波器开关谐波,并在此基础上简化电力有源滤波器输出滤波环节,减少设备成本,降低控制系统设计难度。详细分析随机信号对开关函数功率谱密度特性的影响,并据此提出随机脉宽调制技术的实用化设计方法。仿真和实验结果验证了论文方案的有效性。     

随机频率PWM逆变器的分析设计

应用随机PWM方法可以使逆变器的输出电压频谱呈连续分布而不影响基波分量,这样由逆变器供电的电动机的声学噪声和机械振动就会大大减小。然而,由于RPWM机理的分析和设计对于一般工程师来讲是比较繁琐的,这就限制了RPWM的应用。本文提出了一种用于驱动感应电机的随机频率PWM逆变器,并给出了可实现的设计程序。首先,直观分析了随机信号对逆变器输出电压频谱的影响,其次,进行了相关的量化设计,最后,采用SIMULINK仿真和实验的手段对整个系统进行了分析。仿真和实验结果表明本文提出的RFPWM设计方案中,逆变器输出电压的频谱是均匀随机分布的,而且声学噪声和机械振动都得到有效抑制。     

PWM型动态无功补偿技术的研究

提出了一种新型的可连续调节的PWM型动态无功补偿技术,以较小的逆变容量实现了系统的动态无功补偿。该补偿装置主要包括PWM调压电路和电容器组两部分。PWM调压电路输出侧与补偿电感串联后直接并入电网,通过检测计算出电网电流中所含的基波无功电流分量,利用PWM脉宽调制技术控制PWM调压电路的开关占空比,使补偿器输出相应的无功电流,从而动态连续补偿电网无功。该装置不仅实现动态无功补偿,而且补偿的过程中动态响应速度快,向系统注入的谐波含量小。     

差拍控制在有源电力滤波器中的应用

有源滤波器因可以实现谐波、无功、不平衡分量补偿等多种功能 ,所以已成为谐波抑制的主要技术。而且随着脉宽调制技术和微机技术的不断发展 ,使得基于微机的数字脉宽调制方法在有源滤波器中的应用成为可能。无差拍控制就是其中一种在预测控制基础上发展起来的全数字化脉宽调制方法。该方法的优点是能够预测谐波电流的变化趋势并跟踪补偿 ,缺点是控制算法复杂 ,对预测模型依赖性较大 ,使其在具体实现过程中存在困难。针对这一不足 ,提出了一种改进的、易于实现的差拍控制方法 ,并结合定脉宽调制技术 ,以单相并联型有源滤波器为对象进行     

混沌PWM逆变器输出电压功率谱密度分析

逆变器采用混沌PWM(pulse width modulation)调制能够有效抑制开关频率及其倍频附近的高次谐波幅值,从而大大减少逆变器驱动电机的电磁干扰。该文对混沌PWM逆变器输出电压的功率谱密度进行了分析,经过合理简化得到了混沌信号概率密度函数与逆变器输出电压功率谱密度之间的关系。根据功率谱密度的表达式,对比分析了概率分布不同的两种混沌序列(Logistic和Chua’s)对逆变器输出电压功率谱密度的影响。实验结果表明,采用混沌PWM调制可以有效抑制逆变器输出电压的高次谐波幅值,并且概率分布不同的2种混沌信号对PWM逆变器输出频谱的影响差别不大。     

单相逆变器随机PWM选择性消谐滞环随机扩频方法

在随机脉冲宽度调制(RPWM)中,要求逆变器的瞬时开关频率分布在较宽的频率范围内,以获得较好的随机性.然而,当开关频率持续偏高时,逆变器的开关损耗将会增加;当开关频率持续较低时,会引起输出电流纹波的增加.现有的RPWM选择性谐波消除方法在随机扩频的过程中不能有效地控制逆变器的开关频率.该文提出一种单相逆变器RPWM选择性消谐滞环随机扩频方法.根据RPWM策略中有效随机数k与开关频率的关系,合理选择随机数k,既可以保证逆变器瞬时开关频率在较宽的范围内随机分布,又可以将平均开关频率控制在预先设定的频率范围内.在RPWM选择性消谐过程中,当开关频率较低而引起电流纹波增加时,该方法可以通过提高平均开关频率来减小纹波.     

基于IGBT器件串联的MMC随机零序分量注入PWM方法

随着模块化多电平换流器的发展,提高模块化多电平换流器(MMC)的容量及电压等级成为研究热点。通过建立绝缘栅双极型晶体管(IGBT)串联模块化下的MMC换流器模型,考察载波移相调制策略下换流器的输出电压畸变情况,以及在开关频率处的电磁噪声幅值。提出一种随机零序分量注入脉宽调制(PWM)方式,并基于随机过程原理,对比不同随机PWM下开关函数的功率谱密度,并从理论和仿真两个方面研究随机PWM对MMC换流器的降噪效果。仿真结果表明,提出的随机PWM方式简单有效,能明显降低大容量高电压的MMC换流器的噪声。     

Influence of the modulation method on the conduction and switchinglosses of a PWM converter system

The authors explore the dependency of the conduction losses of a bridge leg of a pulsewidth modulation (PWM) power converter system with a high pulse rate on the shape of the phase modulation functions. This is done for modulation methods that are optimized with respect to minimum harmonic current RMS values. The results are compared to the results gained for simple sinusoidal modulation. Besides conduction losses, the switching losses of the electric valves are calculated. The main topic is the determination of those power loss components of a PWM converter system that can be (besides the harmonic losses) influenced by the modulation method selected. As the calculations show, these modulation methods allow a significant increase of the effective switching frequency. The optimal modulation as calculated leads to a reduction of the harmonic power loss in the upper modulation region. Furthermore, due to the frequency modulation the spectrum is spread out to a wider frequency band as compared to operation with constant pulse frequency     

基于PSO算法的三电平优化PWM方法

受大功率开关器件开关频率的限制,牵引逆变器输出波形中含有大量的谐波,所以有必要采用优化的脉宽调制（ PWM ）方法来减少牵引逆变器输出波形的谐波。首先,建立了最小电流总谐波畸变率（ THD ）谐波优化模型,并采用粒子群优化（ PSO ）算法对模型进行求解。其次,在分段同步调制的不同分频段上对PSO-PWM和传统正弦脉宽调制（ SPWM）进行了比较,得到PSO-PWM具有良好谐波优化效果的结论。最后,用仿真和半实物实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于随机调制技术的Boost-PFC应用研究

将随机调制技术应用于功率因数调节装置,通过集成芯片MIA841CP和DSP控制实现基于随机载频调制技术的Boost功率因数调节器.针对有源功率因数调节器高频PWM的开关特性.分析比较了在相同条件下,随机变量的引入对功率因数调节器性能的影响和对输入电流功率谱特性的改善,使集中开关频率的和谐波频率上的脉冲能量平滑,从而有效地改善了调节器的电磁兼容特性.     

基于SVPWM的调压式混合动态无功补偿器

介绍了新型电压源型双向连续可调静止无功补偿器,该补偿器相对于传统的静止无功补偿器具有显著的优越性.详细阐述了电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)的基本原理,与传统的PWM技术相比,SVPWM具有直流利用率高、谐波小、控制简单、易丁数字化实现等优点.将SVPWM技术应用于该新型补偿器.通过Simulink对其电路拓扑进行了仿真分析和实验,实验结果显示基于SVPWM的静止无功补偿器具有良好的双向调节能力,可以连续平滑地调节无功.