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随机SVPWM的调制策略研究

吴豪鹏  
【摘要】:空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)由于具有开关损耗小,母线电压利用率高等优点,成为了电压源逆变器基本的控制方式。SVPWM控制的逆变器通常工作在恒定的开关频率下,使得在开关频率整数倍处出现幅值较大的谐波,这些谐波是造成电磁干扰、开关噪声以及电机机械振动的主要原因。减小开关噪声辐射的最佳方式是使逆变器的开关频率达到20kHz以上,但这种方式极大地增加了逆变器的开关损耗。本文从这一问题入手,以三相三桥臂逆变器和三相四桥臂逆变器为调制对象,对随机SVPWM调制策略进行研究。论文阐述了随机PWM技术的基本原理,分析了随机脉冲位置PWM、随机开关频率PWM和双随机PWM的国内外研究现状。应用统计通信原理,建立了三种调制算法开关函数的功率谱密度理论模型,基于随机PWM的频谱分散效果,对比分析了三种调制算法的优劣。针对三相三桥臂逆变器,提出一种新型双随机SVPWM方法,即:基于双零矢量随机脉冲-随机开关频率的双随机SVPWM算法。该调制方法在调制比M0.7时,采用V(0 0 0)作为零矢量,M≥0.7采用V(1 1 1)作为零矢量的基础上,通过增加开关频率的随机化,从而实现了开关频率与脉冲位置的双随机,同时,引入WELL算法生成随机数以提高SVPWM的随机变化程度。仿真验证了该调制方法能有效消除频谱中的离散谱成分,开关频率及其整数倍处高次谐波得到有效抑制,具有较好的谐波分散效果。针对三相四桥臂逆变器,提出两种新的随机脉冲位置3D-SVPWM方法。在不改变矢量作用的伏秒平衡法则和固定开关频率的前提下,第一种调制方法通过随机改变一个载波周期中脉冲的中心位置实现,第二种调制方法通过随机调整各矢量在每个三角载波的上升段和下降段的时间分配来实现随机SVPWM。仿真结果表明,两种调制方法均能有效减少逆变器输出线电压和相电流频谱中的离散谱成分,并且第二种调制方法随机化程度更高,能够获得更加均匀的谐波频谱,但电流的THD值相对较高。基于dSPACE实时仿真系统搭建实验平台进行实验验证,实验结果验证了两种随机脉冲位置3D-SVPWM方法以及WELL算法的有效性。


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