基于混合七电平电压型逆变器的新型6kV变频器

提出了一种基于混合七电平电压型逆变器的6kV变频器。混合七电平逆变器由1个采用10CT的三相中点箝位三电平逆变器和3个采用IGBT的H桥逆变器串联而成，可充分利用IGCT高压大容量及IGBT高速的特点。PWM控制采用基于参考电压分解的多电平直接PWM算法。数字化实现容易。采用了改进的死区效应补偿方法以获得理想的输出波形。研制了1台基于混合七电平逆变器的交流380V变频调速实验样机。实验结果为新型6kV变频器工业装置的研制打下了基础。     

内蕴电压平衡控制的飞跨电容逆变器的PWM方法

采用多电平结构是逆变器实现高电压大容量化的有效途径。飞跨电容逆变器因为只需要一个独立直流供电电源、电平数易扩展、控制灵活等优点而备受青睐，但是电容电压的平衡问题却制约其推广应用。针对此问题，该文提出一种内蕴电压平衡控制的PWM方法，该方法由直接PWM算法和基于最大单元电压偏差抑制的开关状态选择法则组成，前者是由给定的ABC坐标系下的参考电压来确定逆变器所需输出的电平电压、相应的作用时间及作用顺序；后者是确定逆变器的开关状态以产生已确定的电平电压，同时控制电容电压的平衡。该PWM方法理论上适用于任意电平的飞跨电容逆变器，它不但能够有效控制电容电压的平衡，而且还能够保证功率开关频率的均衡、便于数字化实现。该文给出了该方法的数字化实现原理。最后，基于飞跨电容五电平变频器对所提出的PWM方法，做了详尽的仿真分析和大量的实验验证。     

悬浮电容多电平逆变器的通用PWM控制方法

多电平逆变器及其PWM控制是近年来电力电子应用领域的研究热点。悬浮电容多电平逆变器因为不需要独立的直流电源来维持每级电平电压和电平数容易扩展等优点而备受青睐，但是悬浮电容电压的平衡问题却制约其推广应用。针对该问题，该文提出一种理论上适用于任意电平悬浮电容逆变器的通用PWM控制方法，该方法由“波形优化电压合成算法”和“开关状态选择法则”两部分组成。前者基于“伏秒等效”原则，以优化输出线电压波形为目标，由参考波直接确定各相电压电平和相应的持续时间及输出顺序；后者则用于选择合适的冗余开关状态，以同时控制悬浮电容电压的平衡，而且还能保证功率开关频率的均衡，便于实现数字化。该方法在悬浮电容五电平逆变器系统进行了大量的仿真，并给出了部分实验结果。     

一种新型多电平直接脉宽调制方法

在研究了多电平逆变器模型及其脉宽调制(PWM)算法原理的基础上,提出了一种新型的适用于各种电平数目逆变器的直接PWM方法,分析了这种PWM方法的基本原理,给出了算法实现的原理框图,最后使用PSCAD仿真软件做了仿真研究,仿真结果验证了算法的正确性和有效性.文中提出的PWM算法的基本思想是由三相参考电压直接确定逆变器各个桥臂电路输出的开关函数及其作用规律,因此称之为直接PWM算法.与基于载波调制的多电平PWM算法和多电平SVM算法相比,该算法具有原理简单、实现容易、运行速度快、占用CPU时间少等优点.     

异步电机模型预测三电平直接电流控制

三电平逆变器为控制系统提供了更多的电压矢量,相对于传统两电平逆变器能够使得直接电流跟踪控制变得更加精确,能进一步减小电流纹波。但是三电平逆变器存在中点电压平衡问题,如果不对中点电压进行控制会使得电机无法正常工作,同时在大容量三电平逆变器中一般需要其降低开关频率。因此,提出一种具有中点电压平衡和降低开关频率功能的模型预测直接电流控制方案:通过对中点电压进行预测控制,在模型预测直接电流控制的价值函数中加入开关切换次数的约束,能将中点电压有效控制在给定的范围内,并同时实现逆变器开关频率的降低;针对控制延时导致定子电流在参考值附近振荡并增加电流纹波和转矩脉动,采用延时补偿提高控制系统性能。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于电流矢量的三电平逆变器死区和管压降补偿策略

在电机控制过程中,死区和管压降的存在导致逆变器输出波形畸变。为了消除电压和电流的畸变,死区和管压降补偿是必要的。本文给出了一种简洁高效的三电平电压型逆变器死区补偿方法,用以改善电机的输出波形,详细分析了死区产生机理,利用电流矢量对死区进行准确补偿。根据PWM状态和电流矢量的位置分析功率器件压降的变化,结合电流方向进行补偿。最后基于F2812DSP芯片的三电平逆变器实验平台对该方法进行了开环和闭环实验研究,验证了理论分析的正确性和实际可行性。     

多电平逆变器通用电容电压平衡优化算法

针对二极管箝位型多电平逆变器电容电压难以控制的问题,分析了一种简单的多电平逆变器等效模型,用于预测结点电压偏差,提出了一种多电平逆变器电容电压平衡优化SVPWM(space vector pulse width modulation)算法。该算法通过预测不同开关状态下直流侧结点电压偏差,建立目标函数并对其寻优,在每个开关周期选取最优的开关组合达到结点电压平衡。理论分析和试验结果表明,该算法适用于任意电平逆变器电容电压平衡的控制,解决了三电平逆变器电容电压平衡的问题,但在三电平以上的逆变器受调制度限制。针对三电平以上高调制度下电容电压失衡的原因进行了分析,并给出了解决方法。仿真和实验验证了算法的正确性。     

基于SVPWM调制的混合级联七电平逆变器优化控制策略

分析混合级联七电平逆变器带死区时的工作模式,不同工作模式下其逆变器电压的跳变情况不同。在此基础上,提出了基于空间矢量脉冲调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略的优化控制方法。以控制支撑电容电压为前提,通过对每个区间支撑电容充放电切换过程所对应的开关动作次数、输出电压电平跳变情况的分析,提出了一种减小输出电压跳变的优化控制策略;此外,分析了死区时间的存在所带来的输出电压损失,根据伏秒平衡原理进行计算,并对其调制波进行死区补偿。仿真及实验结果验证了该控制策略的有效性。     

二极管钳位型五电平逆变器电容电压平衡域研究

分析了二极管钳位型多电平逆变器在全负载范围内的电容电压平衡问题.首先在五电平逆变器数学模型的基础上对电容电压平衡规律进行分析;然后详细研究了逆变器开关切换规则与PWM控制策略,进一步提出采用目标函数最优的方法对可行开关序列寻优,实现电容电压平衡控制.仿真分析得出了全负载范围内的电容电压平衡域曲线.结果表明,在高功率因数和大调制比下电容电压很难达到动态平衡,五电平逆变器很难直接应用于全速度范围的中压交流调速领域.     

三电平逆变器死区补偿策略研究

为了避免桥臂直通带来的危害,必须在PWM驱动脉冲中加入死区时间。在电压型逆变器低频和轻载运行时,死区效应将导致输出电压和电流的畸变。针对三电平逆变器,根据伏秒等效原理和输出电流极性,提出一种新型的死区补偿策略,既补偿了死区时间、功率器件的开通和关断延时,又考虑了管压降带来的死区效应。基于DSP与CPLD,构建三电平逆变器硬件平台,在一台30kW三相异步电机上完成了相关实验,并通过李萨如图对输出电流波形进行分析。实验结果验证了该方法可以有效的改善输出电流波形,并补偿了由死区效应所造成的输出电压损失,提高了系统低频运行的性能。     

一种混合9电平电压源逆变器及其变频脉宽调制

介绍了一种应用于中高压变频调速装置的9电平输出电压源逆变器，逆变器的主电路由2种不同拓扑结构的逆变电路组成，分别使用不同参数的开关器件实现，可以综合利用阻断电压高的器件和开关速度快的器件的优点。分析了逆变器主电路的拓扑结构及特点，研究了主电路的开关模式后提出了一种基于载波调制的适合于任意电平数目混合逆变器的PWM(脉宽调制)算法，最后仿真研究了混合9电平逆变器在变速驱动场合中的应用，并验证了算法的有效性。对线电压的频谱分析表明，混合9电平逆变器有很好的输出波形，输出谐波含量少，在高频段输出线电压的总谐波畸变率小于5％，输出电压的dv／dt小，可用于驱动大容量的中高压异步电动机。     

A modified cascade transformer-based multilevel inverter and its efficient switching function

A modified multilevel PWM inverter is proposed to increase the number of output voltage levels and to improve the system characteristic of a prior 11-level shaped PWM inverter scheme. In appearance, it consists of three full-bridge modules and a cascade transformer; therefore, the configuration of the proposed multilevel PWM inverter is equal to that of the prior one. Only the turn-ratio of one transformer and its corresponding switching function are different from each other. Based on the difference, the proposed multilevel PWM inverter has two promising advantages. First, output voltage levels increase almost two-fold. Consequently, it can generate more sinusoidal output voltage waves. Second, due to a suitable switching pattern, it lightens power imposed on the transformer, which is used for compensating output voltages with chopped pulses between step levels. Operational principle of the proposed 19-level shaped PWM inverter is analysed with comparisons of the prior 11-level shaped PWM inverter. The validity of the proposed inverter system is verified by computer-aided simulations and experimental results based on a 1 kW prototype.     

基于简化SVPWM的逆变器死区效应分析与补偿

针对PWM逆变器死区效应引起的误差电压矢量致使开关管实际开通时间与理想给定开通时间不相等的问题,从消除误差电压矢量着手,结合SVPWM的特点,给出简化算式,提出了死区的时间补偿方法。本补偿方法采用对三个桥臂的死区时间进行独立补偿,死区大小由对应相电流的大小实时计算并直接补偿到简化SVPWM算法当中。仿真实验结果表明,所提方案能够有效地改善电流波形的正弦程度和相位偏移,算法实现简单,具有工程实用价值。     

基于观测器的永磁同步电机死区补偿方法

针对永磁同步电机SVPWM控制系统,提出了一种基于模型参考自适应观测器的死区补偿方法。与一般补偿方法相比,该法可以有效地避免相电流过零点的直接检测或间接估计。在分析三相电压源逆变电路死区效应基础上,根据永磁同步电机的矢量控制模型,得出平均死区补偿时间和dq轴补偿电压的关系。将q轴扰动电压作为状态方程中的扰动变量,并设计自适应观测器在线观测,然后推算出死区补偿时间,最终通过坐标变换,在dq轴对逆变器进行死区补偿。该法不需要增加额外的硬件电路和离线的实验测量,仿真结果证明了该方法是简单可行的。     

基于电容箝位五电平H桥的逆变器应用

为研究基于电容箝位五电平H桥逆变器的应用,以电容箝位5电平H桥构成三相逆变器,结合电容箝位3电平和常规H桥电路的优点,并采用消谐波PWM和载波相移PWM相结合的调制策略,对所采用的逆变器拓扑及其控制策略的有效性进行了仿真和实验验证。结果表明:所采用的逆变器拓扑可以方便地得到5电平输出,提高了输出电压和功率等级;所采用的控制策略能够有效提高等效载波频率,降低滤波器的体积和容量;两种调制方法的结合可发挥各自的优势,使控制灵活、实现简单。     

三相软开关PWM逆变器载波方式的选择

详细阐述不同载波方式对PWM逆变器输出特性的影响。指出三角载波用于硬开关PWM逆变器时 ,由于死区时间的影响 ,其输出电压电流在基波频域中含有谐波成分 ;软开关PWM逆变器如果也采用三角载波 ,则不但难以控制谐振电路的起振时间 ,而且谐振电路损耗大 ,直流电压的利用率低 ;硬开关PWM逆变器采用锯齿载波调制 ,必将导致严重的电流波形失真 ;软开关PWM逆变器交替使用正负斜率锯齿载波 ,不但谐振电路的起振时间容易控制 ,而且不会导致由死区时间引起的输出电压电流波形的失真     

三电平变频调速系统SVPWM和SHEPWM混合调制方法的研究

三电平中点钳位逆变器在高压大容量变频调速中得到了广泛的研究和应用。该文在三电平高压变频器中同时应用SVPWM和SHEPWM，即低频时采用异步SVPWM，高频时采用SHEPWM，避免了高频时SVPWM谐波特性变差和SHEPWM在低频时存储量大的缺点，充分发挥了二者的优点，使变频器在整个工作范围内都可以有效抑制低次谐波，得到较好的输出波形。混合调制的难点在于衔接问题，文中分析了影响二者之间平滑切换的原因并提出了具体的解决方法，保证了切换过程中电压和电流没有跳变。采用PSIM软件对三电平SVPWM和SHEPWM进行了仿真研究，并在实际三电平变频器控制平台上进行了实验。仿真和实验结果证实了该文的混合调制方法在低频和高频都有较好的谐波特性，二者间的平滑过渡保证了混合调制的实用性，并已用于实际三电平变频器之中。     

一种新的基于SVPWM策略的死区补偿方法

在基于SVPWM的电压源逆变器中死区时间的插入是必不可少的.这将导致电压和电流的畸变,也就是所谓的死区效应.对这一问题提出了许多不同的补偿方法.在传统的平均死区电压补偿方法基础上提出了一种新的改进方法,在运行速度很低时该方法比传统的方法有更小的电压和电流畸变,而且由软件实现,不需要增加额外的硬件.仿真试验结果证实了该方法的有效性.     

DPWMMIN调制方法的损耗分析及其非线性电压误差补偿策略

不连续PWM调制与传统空间矢量调制相比能够降低开关次数与损耗,提高变换效率.然而,死区效应、管压降会引起感应电机的相电压非线性误差,导致定子电流谐波畸变增加,转子磁链观测精度降低,且传统的基于占空比的补偿方法并不适用于不连续PWM调制.针对不连续最小值调制策略(DPWMMIN)的损耗与电压误差展开研究,首先对导通损耗与...