三相电压源逆变器PWM谐波抑制技术研究

发布时间：2020-08-18 13:47

【摘要】：PWM(pulse width modulation)技术是应用最为广泛的电流变换技术,但其导致的高频谐波对逆变器系统性能具有显著的负面影响。PWM谐波会导致电机的转矩波动与电磁振动,激发人耳可闻的电磁噪声,增加电机的损耗,有可能威胁机械系统的结构安全并影响系统的容错能力,因此抑制PWM谐波是三相电压源逆变器领域的关键问题。RPWM(random PWM)技术、采用低通滤波器或者多重化拓扑是目前常见的PWM谐波抑制方法,然而单纯地通过RPWM技术获得的PWM谐波抑制效果有限,单独采用低通滤波器或者多重化拓扑会增加逆变器系统成本和体积。本文在深入研究现有PWM谐波抑制技术的基础上提出高效的PWM谐波抑制技术,具有重要的实用价值和较大的理论意义。对传统SVPWM(space vector PWM)技术的合成矢量时序进行优化,提出了MSVPWM(modified SVPWM)技术和MS-SVPWM(modified single-edge SVPWM)技术。对比、分析传统SVPWM技术电压中的PWM谐波,通过调整双边规则采样SVPWM技术载波周期内有效矢量的合成时序提出了MSVPWM技术,利用二维傅利叶积分计算了该技术对应的PWM谐波表达式并给出了该技术基于数字控制芯片的实现方法。利用仿真与实验结果验证MSVPWM技术能够抑制大部分载波频率奇数倍次的PWM谐波。针对MSVPWM不能彻底消除载波频率PWM谐波的问题,通过改变单边规则采样SVPWM技术载波周期内零矢量V_0和V_7的时序提出了MS-SVPWM技术,给出其PWM谐波表达式和实现方法,并对MS-SVPWM技术的开关损耗进行了分析。利用仿真与实验结果验证MS-SVPWM技术可以有效地降低开关频率。将两种改进型SVPWM技术与随机、周期频率调制技术结合以增强PWM谐波的抑制效果。在分析随机、周期PWM技术与改进型SVPWM技术相互结合适应性的基础上,通过使两种改进型SVPWM技术的载波频率按照随机或周期函数变化形成3种混合型频率调制技术。利用仿真与实验结果验证基于改进型SVPWM技术的混合型频率调制技术能够进一步降低载波频率的PWM谐波幅值,同时对其他频率的PWM谐波也有抑制作用,同时验证基于MS-SVPWM技术的HMRPWM(hybrid modified RPWM)技术能够解决随机或周期PWM技术导致的PWM谐波向低频区域扩散的问题。在分析带耦合电感的非隔离型交错并联拓扑的基础上,提出了隔离型与混合型交错并联拓扑。对非隔离型交错并联拓扑进行电路分析,给出其输出电压的表达式和各频率分量的等效电路。针对非隔离型交错并联拓扑容错能力较差的问题提出了用于驱动多单元电机的隔离型和混合型交错并联拓扑。相比于非隔离型交错并联拓扑,隔离型交错并联拓扑具有更好的容错能力;混合型交错并联拓扑兼顾隔离型交错并联拓扑与非隔离型交错并联拓扑的优点,具有良好的容错能力和PWM谐波抑制效果。将非隔离型和隔离型交错并联拓扑分别与MSVPWM和MS-SVPWM技术相结合提出了3种综合性PWM谐波抑制技术。MSVPWM或MS-SVPWM技术能够抑制载波频率奇数倍次的PWM谐波,通过调整逆变器载波相位使交错并联拓扑可以抑制载波频率偶数倍次的PWM谐波,如此这类硬件拓扑和软件PWM技术相融合的综合性PWM谐波抑制技术能够在不增加逆变器数目和开关频率的前提下,提高剩余PWM谐波的频率。3种综合性PWM谐波抑制技术的谐波抑制效果均通过仿真和实验得以验证。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM464
【图文】：

规则采样,相电压,实验结果,技术

单边规则采样 SVPWM 技术补偿前后的相电压及其频谱的实验结果如图2-7 所示，其中基波频率为 100Hz，载波频率为 4.0kHz，调制比为 0.9。补偿后

极电压,技术

4kHz6kHz 3kHz6kHza) 传统 SVPWM 技术 b) MSVPWM 技术a) Conventional SVPWM technique b) MSVPWM technique图 2-14 三相极电压Fig.2-14 Three-phase poles voltageaibici10.0 A/div 10.0 A/div 10.0 A/div 15.0 V/divaibici10.0 A/div 10.0 A/div 10.0 A/div 15.0 V/div

频谱,极电压,技术,相电压

4kHz6kHz 3kHz6kHza) 传统 SVPWM 技术 b) MSVPWM 技术a) Conventional SVPWM technique b) MSVPWM technique图 2-14 三相极电压Fig.2-14 Three-phase poles voltage10.0 A/div 10.0 A/div 10.0 A/div 15.0 V/div10.0 A/div 10.0 A/div 10.0 A/div 15.0 V/div

【参考文献】