具有高直流电压利用率的三相正弦波逆变器控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种三相正弦波逆变器控制方法，特别是涉及一种具有高直流电压利 用率的三相正弦波逆变器控制方法。
【背景技术】
[0002] 常用的三相桥式逆变器控制方法中，PWM控制方法有纯正弦调制SPWM、三次谐波 注入PWM和开关点预置PWM。
[0003] 文献1 "电力电子技术，2000,pl50-162"阐述了纯正弦调制SPWM控制方法的特 点，其主要实现法为通过高频三角波和正弦波的实时比较，决定输出PWM的高低电平，该方 法简单易实现，但其直流电压利用率只有0.866。
[0004] 文献 2"Theuseofharmonicdistortiontoincreasetheoutputvoltage ofathree-phasePWMinverter，IndustryApplications，IEEETransactionson，1984， 5,pl224-1228"公开了一种采用三次谐波注入法来提高逆变器输出电压的方法，通过在纯 正弦调制波的基础上叠加三次谐波，降低了调制波的峰值，增加了基波含量，从而使得直流 电压利用率达到了 1。
[0005] 文献 3"Generalizedtechniquesofharmoniceliminationandvoltage controlinthyristorinverters:PartI-harmonicelimination.Industry Applications,IEEETransactionson, 1973, 3，p310_317" 公开了一种基于特定谐波消除 法的PWM控制方法，即开关点预置PWM控制法，通过预先对开关角度进行计算，可以使得欲 消除的谐波次数为零。该方法直流电压利用率可以大于1，但其开关角度计算方法复杂，在 线计算需要消耗大量的CPU时间。
[0006] 文献4 "航空航天器供电系统，2005,pl36-137"给出了一种开关点预置PWM开关 角度计算依据，可以使直流电压利用率达到1.0318,达到了最大的直流电压利用率，但没有 给出输出电压调节的方法。
[0007] 文献5"半周期对称SHEPWM技术的开关角求解方法，2012,PhDThesis，武汉大学" 给出了采用求解同伦方程组或者基于神经网络方法的开关角度求取法，以达到输出电压调 节的目的，但其算法复杂，不利于工程实现。
[0008] 开关点预置PWM具有最大的直流电压利用率，其数字实现也比较容易，但由于其 在线调压困难，限制了其应用范围，目前仅在逆变器输入直流电压可调时才能用此种控制 方法，比如飞机变速恒频发电系统的调压控制。
【发明内容】
[0009] 为了克服现有三相正弦波逆变器控制方法在线调压困难的不足，本发明提供一种 具有高直流电压利用率的三相正弦波逆变器控制方法。该方法通过开关点预置PWM和单极 性SPWM的混合调制，实现了通过调节单极性SPWM波的调制比来调节输出电压的目的；同时 在单极性SPWM波的调制比M= 0,本发明的控制方法退化为开关点预置PWM，因而保持了其 直流电压利用高的特点。由于通过对开关点预置型PWM和单极性SPWM的结合，解决了开关 点预置型PWM在线调压困难的技术问题，同时保留了开关点预置型PWM直流电压利用率高 的特点。本发明方法输出电压基波幅值与调制比M成线性关系Ul= -I. 7299*M+1. 0134。 从而能够使逆变器有较低的工作电压，降低了开关管的电压应力，扩大了逆变器的正常工 作电压范围，提高了逆变器的可靠性。
[0010] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有高直流电压利用率的三相 正弦波逆变器控制方法，其特点是采用以下步骤：
[0011] 确定开关点预置PWM波1/4周期内的开关点数m，开关角度分别用02..... 0m表示，以逆变桥直流侧电压为单位1，则该PWM波中n次谐波电压幅值Un为：
[0014] 按基波幅值仏最大或者低次谐波含量为零的原则进行优化，得到1/4周期内的开 关角度数值，再根据开关点预置PWM波1/2周期对称和1/4周期对称的特点，确定整个周期 内开关点预置PWM波形。
[0015] 确定开关点预置PWM波正负半周标志方波信号，确定单极性SPWM的载波比N和调 制比M，产生与开关点预置PWM波相位同步的单极性SPWM波。
[0016] 对开关点预置PWM和单极性SPWM进行综合，实现混合调制，综合逻辑如下：
[0017] 在开关点预置PWM波的正半周，若开关点预置PWM波为低，则综合后为低；若开关 点预置PWM波为高，则在单极性SPWM波为高时综合后为低，否则综合后为高。
[0018] 在开关点预置PWM波的负半周，若开关点预置PWM波为高，则综合后为高；若开关 点预置PWM波为低，则在单极性SPWM波为高时综合后为低，否则综合后为高。
[0019] 综合后的PWM波经过死区产生环节后作为一个功率管的驱动信号送给驱动模块。
[0020] 本发明的有益效果是：该方法通过开关点预置PWM和单极性SPWM的混合调制，实 现了通过调节单极性SPWM波的调制比来调节输出电压的目的；同时在单极性SPWM波的调 制比M= 0,本发明的控制方法退化为开关点预置PWM，因而保持了其直流电压利用高的特 点。由于通过对开关点预置型PWM和单极性SPWM的结合，解决了开关点预置型PWM在线调 压困难的技术问题，同时保留了开关点预置型PWM直流电压利用率高的特点。本发明方法 输出电压基波幅值与调制比M成线性关系Ul= -I. 7299*M+1. 0134。从而能够使逆变器有 较低的工作电压，降低了开关管的电压应力，扩大了逆变器的正常工作电压范围，提高了逆 变器的可靠性。
[0021] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明具有高直流电压利用率的三相正弦波逆变器控制方法示意图。
[0023] 图2是本发明具有高直流电压利用率的三相正弦波逆变器控制方法实施例示意 图。
[0024] 图3是本发明具有高直流电压利用率的三相正弦波逆变器控制方法控制效果示 意图。
【具体实施方式】
[0025] 参照图1-3。本发明具有高直流电压利用率的三相正弦波逆变器控制方法具体步 骤如下：
[0026] 确定开关点预置PWM波1/4周期内的开关点数m，开关角度分别用0:、02..... 0m表示，以逆变桥直流侧电压为单位1，则该PWM波中n次谐波电压幅值Un为：
[0029] 按基波幅值仏最大或者低次谐波含量为零的原则进行优化，得到1/4周期内的开 关角度数值，再根据开关点预置PWM波1/2周期对称和1/4周期对称的特点，确定整个周期 内开关点预置PWM波形。
[0030] 确定开关点预置PWM波正负半周标志方波信号，确定单极性SPWM的载波比N和调 制比M，产生与开关点预置PWM波相位同步的单极性SPWM波。
[0031] 对开关点预置PWM和单极性SPWM进行综合，实现混合调制，综合逻辑如下：
[0032] 在开关点预置PWM波的正半周，若开关点预置PWM波为低，则综合后为低；若开关 点预置PWM波为高，则在单极性SPWM波为高时综合后为低，否则综合后为高。
[0033] 在开关点预置PWM波的负半周，若开关点预置PWM波为高，则综合后为高；若开关 点预置PWM波为低，则在单极性SPWM波为高时综合后为低，否则综合后为高。
[0034] 综合后的PWM波经过死区产生环节后作为一个功率管的驱动信号送给驱动模块。
[0035] 本发明方法应用于6kVA静止变流器中，该静止变流器输入直流电压范围为 250V~280V，整个系统采用单级变换完成，系统结构简单。
[0036] 在本实施例中，静止变流器输出电压经过调理电路后送给DSP，DSP通过采样获得 实际输出电压，经过闭环调节后，得到单极性SPWM的调制比M，发送给FPGA。FPGA内部由开 关点预置PWM波形产生电路产生开关点预置PWM波，该电路同时将自己的相位信息发送给 单极性SPWM产生电路，单极性SPWM产生电路则根据接收到的调制比M和开关点预置PWM波 的相位信息，产生对应调制比、与开关点预置PWM同相位的单极性SPWM波，最后，FPGA内部 的PWM综合模块将开关点预置PWM波、相位方波和单极性SPWM信号进行综合，即实现了开 关点预置PWM和单极性SPWM的混合调制，产生最终的功率开关管驱动波形，送至驱动电路， 驱动逆变桥。在本实施例中，DSP型号为TI公司的TMS320F2812,FPGA型号为ALTERA公司 的EP2C8Q208C8N。
[0037] 从图3中可以看出，采用本发明方法实现了三相逆变器输出电压调节，在输入直 流电压比较低时，单极性SPWM波不参与调压，驱动波形完全为开关点预置PWM波，实现了最 大的直流电压利用率。
[0038] 在输入直流电压比较高时，单极性SPWM波参与调压，从而保证了输出电压有效值 的稳定。
[0039] 本发明方法结合了开关点预置PWM高直流电压利用率和单极性SPWM波调压方便 的优点，使得采用此方法的逆变器工作电压范围更宽，控制更简单。
[0040] 本方法在实际应用当中，可以完成较低电压到较高电压的逆变，同时也具有很好 地电压调节能力，且整机效率也较高。
【主权项】
1. 一种具有高直流电压利用率的三相正弦波逆变器控制方法，其特征在于包括以下步 骤： 确定开关点预置PWM波1/4周期内的开关点数m，开关角度分别用0:、02.....0_"表 示，以逆变桥直流侧电压为单位1，则该PWM波中n次谐波电压幅值Un为：按基波幅值仏最大或者低次谐波含量为零的原则进行优化，得到1/4周期内的开关角 度数值，再根据开关点预置PWM波1/2周期对称和1/4周期对称的特点，确定整个周期内开 关点预置PWM波形； 确定开关点预置PWM波正负半周标志方波信号，确定单极性SPWM的载波比N和调制比M，产生与开关点预置PWM波相位同步的单极性SPWM波； 对开关点预置PWM和单极性SPWM进行综合，实现混合调制，综合逻辑如下： 在开关点预置PWM波的正半周，若开关点预置PWM波为低，则综合后为低；若开关点预 置PWM波为高，则在单极性SPWM波为高时综合后为低，否则综合后为高； 在开关点预置PWM波的负半周，若开关点预置PWM波为高，则综合后为高；若开关点预 置PWM波为低，则在单极性SPWM波为高时综合后为低，否则综合后为高； 综合后的PWM波经过死区产生环节后作为一个功率管的驱动信号送给驱动模块。
【专利摘要】本发明公开了一种具有高直流电压利用率的三相正弦波逆变器控制方法，用于解决现有三相正弦波逆变器控制方法在线调压困难的技术问题。技术方案是通过开关点预置PWM和单极性SPWM的混合调制，实现了通过调节单极性SPWM波的调制比来调节输出电压的目的；同时在单极性SPWM波的调制比M＝0，本发明的控制方法退化为开关点预置PWM，因而保持了其直流电压利用率高的特点。由于通过对开关点预置型PWM和单极性SPWM的结合，解决了开关点预置型PWM在线调压困难的技术问题。本发明方法输出电压基波幅值与调制比M成线性关系U1＝-1.7299*M+1.0134。从而能够使应该本发明方法的逆变器有较低的工作电压。
【IPC分类】H02M7/5387
【公开号】CN104967351
【申请号】CN201510304199
【发明人】郑先成, 宋勇刚, 吴小华, 张晓斌, 李伟林, 宋丹
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月4日