[发明专利]一种在闭环控制系统中实现同步对称PWM调制的方法

说明书

技术领域

本发明属于变频技术领域，尤其是一种在闭环控制系统中实现同步对称PWM调制的方法。

背景技术

目前，两电平及中点钳位三电平逆变器已在交流电动机调速传动及变频电源领域得到广泛应用。在大功率变频装置中，随器件电压升高、功率加大，开关损耗随之加大，为了提高装置输出功率要求，则需要降低PWM的开关频率。以6.5kV600AIGBT为例，若开关频率fs从800Hz降至200Hz，它的最大输出电流有效值大约增加一倍。当开关频率fs降低后，每个输出基波周期(1/f1)中的PWM方波数(频率比FR=fsp/f1，fsp是PWM调制频率，两电平变换器fsp=fs，三电平变换器fsp=2fs，因为三电平变换中的开关器件只在半个基波周期中有开关动作，另半个周期不动作)减少，再采用常规的固定周期(异步调制)三角载波法(TC-PWM)或电压空间矢量法(SV-PWM)产生PWM信号，输出波形中谐波太大，无法正常工作。

要减小谐波，一个常用的措施是采用同步对称的优化PWM策略。同步指每个基波周期中的PWM方波个数FR为整数。对称有三重含义：1/4对称--基波1/4周期中的PWM方波波形左右对称；1/2对称--基波1/2周期中的PWM方波波形正负半周对称；三相对称—三相PWM方波波形相同，但相位互差120°。常规的TC-PWM或SV-PWM周期固定，不随基波周期和相位变化而变化，它们是异步且不对称的PWM。优化PWM是在同步对称基础上进一步减小谐波的调制方法，常用的优化PWM策略有两种：指定谐波消除法(SHE-PWM)和电流谐波最小法(CHM-PWM)。图1给出了在开关频率为200Hz时按常规SV-PWM和按CHM-PWM得到的三电平逆变器电流波形图，从图中看出，在低开关频率时同步对称的优化PWM效果明显。

同步对称的PWM策略通常只适合V/F控制系统，因为它多工作于稳态，不要求输出电压基波频率、幅值和相位突变。对于高性能系统，例如矢量控制系统，它的基波频率、幅值和相位随时都在变化，要想实现同步且对称很困难。现在常用的同步对称优化PWM策略（SHE-PWM和CHM-PWM）都是对应每个不同的调制深度M和1/4基波周期开关次数N事先离线求解开关角值，将其结果存于控制模式表P(M,N)中，工作时调用。V/F控制系统一个基波周期调用一次，没问题，但是，矢量控制系统要求途中随时更换所调用的角度值，将引起PWM波形紊乱，导致过流故障。为解决这问题，德国Holtz教授提出了基于CHM-PWM的轨迹跟踪方法，并成功用于Siemens公司的三电平逆变器，开关频率200Hz，转矩电流响应1.5ms，但其技术方案相当复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、谐波小且响应速度快的在闭环控制系统中实现同步对称PWM调制的方法。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种在闭环控制系统中实现同步对称PWM调制的方法，包括以下步骤：

步骤1、根据变流器输出频率选择不同的调制方式：在低频段采用异步调制方式，在高频段采用次最优PWM调制方式；

步骤2、在高频段，不同基波频率段使用不同调制频率与基波频率比FR；

步骤3、采用锁相环方法将离散给定角度转换为相对连续的给定角度，将三角载波的自变量从时间t改为相角θ_u，且让载波在θ_u=0时位于三角波顶点，从而进行高频段基波与三角载波的同步与对正；

步骤4、将分段同步调制频率与基波频率比FR的转换限制在相位角θ_uL=0、2π/3、4π/3处，进行高频段FR的无突变平稳切换；

步骤5、通过接通或断开锁相环反馈通道，进行低频段异步调制和高频段同步调制间的平滑过渡。

而且，所述次最优PWM调制是在三相正弦给定电压u_R、u_S、u_T中加入幅值为0.25M的3倍频零序偏置电压u₀；其中，M为调制系数。

而且，所述的3倍频零序偏置电压u₀计算方法为：

u₀＝-[max(u_R,u_S,u_T)+min(u_R,u_S,u_T)]2   

或

u₀＝0.25Msin3ωt