一种高效率低纹波变频调制方法技术

本发明专利技术公开了一种高效率低纹波变频调制方法，属于电力传动技术领域；本发明专利技术驱动两个高频开关器件和六个低频开关器件组成的逆变器，改进传统空间矢量调制策略中零矢量的生成方式和时序，由高频器件控制母线电压为零替代零电压矢量，同时为低频器件提供零电压开关条件；低频器件只产生有效电压矢量，开关动作次数减少，利用高频器件的低开关损耗特性降低逆变器损耗，从而提高逆变器的可用开关频率，降低电流纹波；本发明专利技术根据电流纹波的预测值和给定值实时调节载波周期，降低电流纹波，改善系统的电磁兼容性能；本发明专利技术所提出的调制算法可同时实现获取更高的系统工作效率、更低的电流纹波输出、更高的电流控制精度，具有一定的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种高效率低纹波变频调制方法
本专利技术涉及电力传动
，尤其涉及一种高效率低纹波变频调制方法。
技术介绍
在逆变器的工作过程中,由于开关器件的非线性,以及高基频或大功率的工作场合限制,功率器件的开关频率相对较低,低载频比使得逆变器输出电流纹波增加，谐波成分增加，且多集中于开关频率倍数次，对电机的驱动控制、公用电网的安全运行和系统的电磁兼容性带来很多不利影响：1.引起电机转矩脉动、增加电机的运行噪声、轴承损伤和整体损耗，加快温升，缩短电机的使用寿命，严重时电机定、转子损耗过大，电机发热严重，对电机造成不可逆损伤。2.影响电网、输出线路稳定、电气设备、变压器、计量和通信设备正常工作。向电网注入谐波，消耗有功和无功功率，易使继电保护装置发生误动作，影响用电设备的寿命和电网输出线路的稳定性。3.产生电磁干扰，影响驱动控制电路的正常工作，降低了系统操作稳定性、安全可靠性和电磁兼容性。为了提高逆变器可用开关频率、降低逆变器损耗和电流纹波并改善系统电磁兼容特性，目前有改进逆变器调制算法、改进逆变器拓扑结构等方案。
技术实现思路
专利技术目的：针对
技术介绍
的缺陷，本专利技术提供了一种高效率低纹波变开关频率调制算法。通过改进逆变器拓扑并提出相应的空间矢量调制算法来降低逆变器电流纹波，改善系统电磁兼容特性，同时提高系统效率。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高效率低纹波变频调制方法，用于如下电机驱动系统：所述电机驱动系统包括矢量控制模块、调制算法模块和混合型逆变器模块组成；所述矢量控制模块为双闭环结构，用于输出给定参考电压，驱动信号控制混合型逆变器模块各开关管开通关断，进而控制电机；所述调制算法模块通过调整逆变器驱动信号以合成给定参考电压；所述混合型逆变器模块包括后级低频开关模块和前级高频开关模块；所述后级低频开关模块包括第一至第六低频开关器件，所述低频开关器件组成三相全桥结构；所述前级高频开关模块包括第一至第二高频开关器件；所述第一至第二高频开关器件组成半桥结构，所述第二高频开关器件与后级低频开关模块中的三相全桥结构并联；所述三相全桥的三相输出端为混合型逆变器模块的输出端；所述高效率低纹波变频调制方法具体步骤如下：步骤S1、根据矢量控制模块输出的给定电压确定下一个载波周期的参考电压矢量所在扇区和所需施加的用于合成参考电压矢量的基本电压矢量；步骤S2、根据伏秒平衡原理计算出恒定载波周期Ts_cons中用于合成参考电压矢量的基本电压矢量作用时间；步骤S3、所述前级高频开关通过控制后级母线电压为零来代替零电压矢量，后级低频开关负责有效电压矢量的生成；基于步骤S2计算的基本电压矢量作用时间，设计开关时序；令零电压矢量作用于两个有效电压矢量之间，后级低频开关器件动作位于前级高频开关器件产生零电压矢量期间；在各个载波周期中，后级低频开关模块通过一相桥臂斩波实现两个有效矢量的切换，另外两相桥臂一相保持常开状态，另一相保持常关状态；步骤S4、通过电流纹波预测算法计算恒定载波周期Ts_cons中根据步骤S3所提出的空间矢量调制策略作用下的电流纹波Iripple；步骤S5、根据步骤S4所得电流纹波预测值Iripple和给定电流纹波值实时调节载波周期值Ts，其中步骤S6，根据步骤S5计算出的下一载波周期值Ts，正比例调整所述步骤S2中的各基本电压矢量作用时间，当载波周期值Ts与恒定载波周期相比扩大两倍时，各基本电压矢量的作用时间在步骤S2原计算时间的基础上扩大两倍，得到下一载波周期中混合型逆变器模块各开关器件的门极驱动信号；步骤S7，在下一个载波周期中，根据步骤S6计算的门极信号控制混合型逆变器模块驱动电机，重复步骤S1-S6，使得混合型逆变器模块合成电压跟随给定参考电压。进一步地，所述步骤S4中通过电流纹波预测算法计算电流纹波预测值Iripple可采用三相电流纹波峰值预测算法、三相电流纹波有效值预测算法、q轴电流纹波峰值预测算法、q轴电流纹波有效值预测算法、d轴电流纹波峰值预测算法和d轴电流纹波有效值预测算法中的任意一种。有益效果：本专利技术提供的具备以下优点：1、前级高频开关器件高频斩波，后级六个低频功率器件始终工作于低开关频率和零电压开关条件下，等效载波频率相等时后级三相全桥的开关次数较传统方案降低了三分之二，前级增加的开关损耗远小于后级减小的开关损耗，逆变器的整体损耗减小，提高了系统效率和逆变器可用开关频率进而可以降低电流纹波；2、通过电流纹波给定值实时调节逆变器开关频率，使得输出电流纹波在允许范围内；3、变开关频率分散了原本集中于开关频率整数倍的能量频谱，改善系统的电磁兼容特性。附图说明图1为本专利技术提供的系统控制框图；图2为本专利技术提供的参考电压矢量的扇区划分与合成示意图；图3为本专利技术实施例中驱动混合型逆变器模块工作时各开关管作用时序示意图；图4为本专利技术提供的变开关频率原理示意图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。一种高效率低纹波变频调制方法，用于如下电机驱动系统：电机驱动系统包括矢量控制模块、调制算法模块和混合型逆变器模块组成，如图1所示。矢量控制模块为双闭环结构，用于输出给定参考电压，驱动信号控制混合型逆变器模块各开关管开通关断，进而控制电机。调制算法模块通过调整逆变器驱动信号以合成给定参考电压。混合型逆变器模块包括后级低频开关模块和前级高频开关模块。后级低频开关模块包括第一至第六低频开关器件，低频开关器件组成三相全桥结构。前级高频开关模块包括第一至第二高频开关器件。第一至第二高频开关器件组成半桥结构，第二高频开关器件与后级低频开关模块中的三相全桥结构并联。三相全桥的三相输出端为混合型逆变器模块的输出端。下面结合实施例进一步说明高效率低纹波变频调制方法的具体步骤，如图4所示。步骤S1、基于空间矢量脉宽调制的基本理论，根据矢量控制模块输出的给定电压确定下一个载波周期的参考电压矢量所在扇区和所需施加的基本电压矢量，参考电压矢量的扇区划分与合成示意图如图2所示，以参考电压矢量位于第一扇区进行分析。步骤S2、根据伏秒平衡原理计算出恒定载波周期Ts_cons中用于合成参考电压矢量的基本电压矢量作用时间。以第一扇区为例：其中参考电压由两个有效电压矢量和零矢量合成。一个载波周期Ts中和零矢量作用时间分别为T1、T2和T0，γ为参考电压矢量相角，UDC为母线电压。步骤S3、所述前级高频开关通过控制后级母线电压为零来代替零电压矢量，后级低频开关负责有效电压矢量的生成；基于步骤S2计算的基本电压矢量作用时间，设计开关时序；令零电压矢量作用于两个有效电压矢量之间，后级低频开关器件动作位于前级高频开关器件产生零电压矢量期间；在各个载波周期中，后级低频开关模块通过一相桥臂斩波实现两个有效矢量的切换，另外两相桥臂一相保持常开状态，另一相保持常关状态。参考电压矢量在第一扇区时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效率低纹波变频调制方法，用于如下电机驱动系统：所述电机驱动系统包括矢量控制模块、调制算法模块和混合型逆变器模块组成；所述矢量控制模块为双闭环结构，用于输出给定参考电压，驱动信号控制混合型逆变器模块各开关管开通关断，进而控制电机；所述调制算法模块通过调整逆变器驱动信号以合成给定参考电压；所述混合型逆变器模块包括后级低频开关模块和前级高频开关模块；所述后级低频开关模块包括第一至第六低频开关器件，所述低频开关器件组成三相全桥结构；所述前级高频开关模块包括第一至第二高频开关器件；所述第一至第二高频开关器件组成半桥结构，所述第二高频开关器件与后级低频开关模块中的三相全桥结构并联；所述三相全桥的三相输出端为混合型逆变器模块的输出端；/n所述高效率低纹波变频调制方法具体步骤如下：/n步骤S1、根据矢量控制模块输出的给定电压

【技术特征摘要】
1.一种高效率低纹波变频调制方法，用于如下电机驱动系统：所述电机驱动系统包括矢量控制模块、调制算法模块和混合型逆变器模块组成；所述矢量控制模块为双闭环结构，用于输出给定参考电压，驱动信号控制混合型逆变器模块各开关管开通关断，进而控制电机；所述调制算法模块通过调整逆变器驱动信号以合成给定参考电压；所述混合型逆变器模块包括后级低频开关模块和前级高频开关模块；所述后级低频开关模块包括第一至第六低频开关器件，所述低频开关器件组成三相全桥结构；所述前级高频开关模块包括第一至第二高频开关器件；所述第一至第二高频开关器件组成半桥结构，所述第二高频开关器件与后级低频开关模块中的三相全桥结构并联；所述三相全桥的三相输出端为混合型逆变器模块的输出端；
所述高效率低纹波变频调制方法具体步骤如下：
步骤S1、根据矢量控制模块输出的给定电压确定下一个载波周期的参考电压矢量所在扇区和所需施加的用于合成参考电压矢量的基本电压矢量；
步骤S2、根据伏秒平衡原理计算出恒定载波周期Ts_cons中用于合成参考电压矢量的各基本电压矢量作用时间；
步骤S3、所述前级高频开关通过控制后级母线电压为零来代替零电压矢量，后级低频开关负责有效电压矢量的生成；基于步骤S2计算的基本电压矢量作用时间，设计开关时序；令零电压矢量作用于两个有效电压矢量之间，后级低频开关器件动作位于前级高频...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓琳，刘雨婷，顾聪，刘思豪，鲍旭聪，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32