[发明专利]空间矢量脉冲宽度调制试验装置及直流母线电压优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及空间矢量脉冲宽度调制领域，尤其涉及一种空间矢量脉冲宽度调制试验装置和直流母线电压优化方法。

背景技术

逆变器可将直流电源转化为频率和幅值可变的交流电源，由于如图1所示的逆变器具有结构简单、实现方便等优点，几乎成了两电平三相逆变器的标准配置，广泛应用于电动汽车等工农业生产调速的场合。采用的空间矢量脉冲宽度调制(space vector pulse width modulation, SVPWM)是基于“伏-秒平衡”的原理，用占空比不断变换的高频电压脉冲按照时间平均来等效命令电压。

基于平均意义上的电压等效，SVPWM只规定了基本电压矢量作用的时间，并未规定其作用的顺序及分布，这就为大量调制策略的出现提供了可能。而逆变器中功率开关管的开关特性及脉冲宽度调制(PWM)的原理决定了死区、谐波等不可避免，死区及谐波带来了能量损耗、转矩脉动、电磁辐射、声频噪声等一系列问题。因此，出现了一系列优化技术，除了共有的优化目标外，针对不同的应用又有特有的优化目标，因此出现了大量的调制策略。两个零矢量作用时间可以按照任意比例进行分配，可以分为多个时间段进行作用；非零基本电压矢量作用时间也可分为多段进行；作用次序可以任意排列；在“伏-秒平衡”中，开关频率是自由变量，其可以进行优化或随机化。但是无论哪种策略都无法彻底消除死区及谐波，只能减小其影响。如，非连续PWM(DPWM)可以减小开关损耗，但是可能带来谐波畸变增加；随机SVPWM能大幅度减小集簇谐波的频谱峰值，进而提高电磁兼容性，但其频谱扩展特性可能会将谐波扩展到不希望的频段，还有可能增加谐波畸变；优化SVPWM可以在获得较小谐波畸变的同时提高电磁兼容性，但是带来了控制器(如比例积分控制器，即PI控制器)参数变动等问题，使控制系统复杂化。

逆变器的正常运行过程是在确定的时间里有规则地使6个功率开关管导通、关断，从而生成需要的电压脉冲。图1所示逆变器中，每相上下两个开关管成互补导通。不同的开关状态可以形成8个基本的电压矢量，包括6个非零基本电压矢量（                                                ）和2个零电压矢量（），如图2所示。图2中：1表示上臂开关管导通，0表示下臂开关管导通。以6个非零基本电压矢量的端点为顶点的正六边形可分为如图2所示的6个扇区。任何一个位于图2所示的正六边形内的电压矢量，都可由所处扇区边界的两个非零基本电压矢量及零电压矢量（）按照时间平均合成得到。为了减少开关次数、提高输出电压的品质，如在扇区中矢量作用顺序是：

将置于开关周期的两端，置于中间；有的调制策略中两个零矢量只选一个作用。目前讨论最多、已广泛应用、具有代表性、或具有实用价值的SVPWM策略中，可归纳如下：

(1) 传统的SVPWM：两个零矢量作用时间，相等，都等于零矢量总作用时间的1/2，并且均匀地分配在周期的两端。三相上臂开关管开关脉冲的波形如2所示。

(2) 非连续SVPWM，简称DPWM：图2中三相上臂开关脉冲中高电平最宽的脉冲在一个调制周期内一直为高电平，或高电平最窄的脉冲在一个调制周期内一直为低电平，可保证在每一时刻总有一相开关不动作。则开关次数约为原来的2/3，因此开关损耗可减小约1/3或减小更多。也就是说，在相同的开关损耗下，开关频率可以提高到以前的约3/2倍。

DPWMMIN：不使用零矢量，即， ；

DPWMMAX：不使用零矢量，即， ；

DPWM0：在图2中，以开始划分，每为一个区，交替选择零矢量、。即，在扇区中使用，在扇区中使用；

DPWM1：以开始划分，每为一个区，交替选择零矢量、；

DPWM2：以开始划分，每为一个区，交替选择零矢量、。即，在扇区中使用，在扇区中使用；

DPWM3：以开始划分，每为一个区，交替选择零矢量、；

其他DPWM：自由设定开始划分的角度。

(3) 随机SVPWM：开关频率、脉冲定位方式、两个零矢量作用时间分配方式等一个或几个因素进行随机化。包括：

随机开关频率SVPWM：开关频率随机化；

随机脉冲位置SVPWM：在第扇区中，A相的高电平在整个开关周期内可以随机移动；B相的高电平在A相高电平限制的范围内可以随机移动；C相的高电平在B相高电平限制的范围内可以随机移动；这三相可以只选择一相、两相、三相随机。其他扇区中类似；

随机零矢量分配SVPWM：两个零矢量和的作用时间在比例上随机化；