基于自然換向的統(tǒng)一pwm調(diào)制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型適用于電力【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種基于自然換向的統(tǒng)一PWM調(diào)制系統(tǒng)，包括調(diào)制波計(jì)算單元與逆變器，所述調(diào)制波計(jì)算單元產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制所述逆變器的開關(guān)管以控制所述逆變器；其中，所述調(diào)制波計(jì)算單元包括：三相正弦調(diào)制信號(hào)模塊，產(chǎn)生依次相差120度相位，幅值相同的三相正弦調(diào)制信號(hào)；零序分量計(jì)算模塊，根據(jù)所述三相正弦調(diào)制信號(hào)模塊所產(chǎn)生的所述三相正弦調(diào)制信號(hào)，計(jì)算零序分量，所述零序分量的頻率是所述三相正弦調(diào)制信號(hào)的三倍；統(tǒng)一調(diào)制模塊，將所述零序分量通過求和后疊加到所述三相正弦調(diào)制信號(hào)獲得統(tǒng)一調(diào)制信號(hào)；控制器，對(duì)比所述統(tǒng)一調(diào)制信號(hào)與載波模塊，獲得控制所述開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
【專利說明】基于自然換向的統(tǒng)一PWM調(diào)制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電力【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]由于能量雙向流動(dòng)的逆變器，可以實(shí)現(xiàn)直流與交流間的雙向變換，因此廣泛應(yīng)用于交流傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)器、新能源、UPS等領(lǐng)域。如何控制逆變器開關(guān)工作時(shí)序的調(diào)制算法是這個(gè)裝置的關(guān)鍵技術(shù)，其中，基于載波的正弦脈寬調(diào)制(Sinusoidal Pulse Width Modulat1n,SPWM)和空間矢量調(diào)制算法(Space Vector Pulse Width Modulat1n, SVPWM)是最常用的兩種調(diào)制技術(shù)，還有一種學(xué)術(shù)領(lǐng)域介紹的基于載波調(diào)制的不連續(xù)脈寬調(diào)制算法(DPWMx，x=0,1,2,3, MAX, MIN)。
[0003]以上各類調(diào)制算法各有優(yōu)缺點(diǎn)，如下:
[0004]1.SPWM通過參考電壓與三角波載波比較，在交叉點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)管通斷。在單相逆變器中使用廣泛，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但線型調(diào)制范圍窄，直流電壓利用率低。
[0005]2.SVPWM空間矢量控制直流電壓利用率較SPWM高15.47%，波形質(zhì)量高，在不同的調(diào)制比區(qū)域波形質(zhì)量不受影響。但是傳統(tǒng)的SVPWM方法需要進(jìn)行復(fù)雜的坐標(biāo)變換、三角函數(shù)計(jì)算、扇區(qū)判斷、有效矢量作用時(shí)間計(jì)算等。占用CPU資源多，控制實(shí)時(shí)性受到影響。另夕卜，開關(guān)管時(shí)刻處在開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大。
[0006]3.DPWMx算法同樣具有較高的直流電壓利用率，另外，在1/3市電周期，開關(guān)管保持固定的開(關(guān))狀態(tài)，理論損耗可以降低30%以上。但是，DPWMx算法缺少具體簡(jiǎn)易的工程實(shí)施方法。
[0007]由上述分析可以得出，在不同的領(lǐng)域和工作狀態(tài)下，各類PWM調(diào)制算法有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)，上述各類調(diào)制方式可以在線切換，而不會(huì)影響逆變器的工作穩(wěn)定性，這樣，為統(tǒng)一各類調(diào)制算法成為可能。因此，如何建立一種統(tǒng)一的調(diào)制算法，揚(yáng)長(zhǎng)避短成為一個(gè)需要解決的技術(shù)問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]有鑒于此，提供一種基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制系統(tǒng)。
[0009]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制系統(tǒng)，包括調(diào)制波計(jì)算單元與逆變器，所述調(diào)制波計(jì)算單元產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制所述逆變器的開關(guān)管以控制所述逆變器；其中，所述調(diào)制波計(jì)算單元包括:三相正弦調(diào)制信號(hào)模塊，產(chǎn)生依次相差120度相位，幅值相同的三相正弦調(diào)制信號(hào)；零序分量計(jì)算模塊，根據(jù)所述三相正弦調(diào)制信號(hào)模塊所產(chǎn)生的所述三相正弦調(diào)制信號(hào)，計(jì)算零序分量，所述零序分量的頻率是所述三相正弦調(diào)制信號(hào)的三倍；統(tǒng)一調(diào)制模塊，將所述零序分量通過求和后疊加到所述三相正弦調(diào)制信號(hào)獲得統(tǒng)一調(diào)制信號(hào)；控制器，對(duì)比所述統(tǒng)一調(diào)制信號(hào)與載波模塊，獲得控制所述開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0010]上述基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制系統(tǒng)，利用三相參考電壓瞬時(shí)值計(jì)算各種連續(xù)和不連續(xù)PWM調(diào)制方法的開關(guān)切換時(shí)間，無需進(jìn)行復(fù)雜的扇區(qū)判斷，減小了調(diào)制算法的計(jì)算時(shí)間和實(shí)現(xiàn)難度，計(jì)算簡(jiǎn)便易于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，此算法可以在線進(jìn)行各種調(diào)制方式的切換，能充分發(fā)揮DPWMx調(diào)制方式開關(guān)損耗低，效率高的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制波計(jì)算單元的電路圖；
[0012]圖2是本實(shí)用新型基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制系統(tǒng)的兩電平逆變器第一實(shí)施方式的電路圖；
[0013]圖3是本實(shí)用新型基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制系統(tǒng)的三電平逆變器第二實(shí)施方式的電路圖；
[0014]圖4是本實(shí)用新型基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制系統(tǒng)的三電平逆變器第三實(shí)施方式的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0016]圖1是本實(shí)用新型基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)制波計(jì)算單元的電路圖。該基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制系統(tǒng)，包括調(diào)制波計(jì)算單元I與逆變器2，所述調(diào)制波計(jì)算單元I產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制所述逆變器2的開關(guān)管以控制所述逆變器。調(diào)制波計(jì)算單元I包括三相正弦調(diào)制信號(hào)模塊10、零序分量計(jì)算模塊11、統(tǒng)一調(diào)制模塊與控制器。
[0017]三相正弦調(diào)制信號(hào)模塊10，計(jì)算三相調(diào)制波的標(biāo)么值。根據(jù)逆變器2電壓環(huán)或電壓、電流雙環(huán)控制輸出的依次相差120度相位，幅值相同的三相正弦調(diào)制信號(hào)(% ,% >V；):
[0018]￥a" =Vm* sin(wt)
[0019]Υζ = Vm * sin(wt— 2π/3)(I)
[0020]VtT = V111 * sin(wt— 4π/3)
[0021]其中，Vm為輸出線電壓峰值。
[0022]根據(jù)公式(I)的標(biāo)么值計(jì)算所述三相調(diào)制波電壓的實(shí)時(shí)最大值和實(shí)時(shí)最小值。
[0023]Umax = Max(VajVfajVc)⑵
[0024]
Umn = Mto(HK)(3)
[0025]其中，Umax:三相參考電壓瞬時(shí)最大值；Umin:三相參考電壓瞬時(shí)最小值;Max:最大值計(jì)算函數(shù)；Min:最小值計(jì)算函數(shù)；
[0026]將所述三相調(diào)制波移相30度。
[0027]計(jì)算所述三相調(diào)制波電壓移相后的實(shí)時(shí)最大值和實(shí)時(shí)最小值。三相調(diào)制波，乘以一相位變換矩陣T0，計(jì)算超前移相30度后的參考電壓Va^3c)、Vc^30o
Va-30]【W(wǎng)
[0028]Vb^30 =T0X Υζ(4)
V；-30jLV；.『I 0—1]
[0029]其中，TD—會(huì)一II O , VaIt3t^Va;移相30度參考電壓，
^.0 —I 1.是Vb"移相3O度參考電壓,V二30是V〗移相3O度參考電壓。
[0030]零序分量計(jì)算模塊11，根據(jù)公式(I)得到的移相前的三相調(diào)制波電壓的實(shí)時(shí)最大值和實(shí)時(shí)最小值、公式(4)得到的移相后的三相調(diào)制波電壓的最大值和最小值計(jì)算SPWM、SVPWM和DPWMx三種調(diào)制方式下的零序分量。此零序分量的頻率三倍于正弦調(diào)制信號(hào)，每一種調(diào)制方式對(duì)應(yīng)其相應(yīng)的零序分量計(jì)算方法。通過三相調(diào)制信號(hào)的交叉點(diǎn)進(jìn)行自然換向，避免了復(fù)雜的扇區(qū)判斷。所述零序分量計(jì)算方法是一種統(tǒng)一計(jì)算方式，同時(shí)，每一種計(jì)算方法可以獨(dú)立拿出來使用。
[0031]Umax^30 = Max(￥a_30_)Vb_30,Vc-3o)⑶
[0032]Umin^30 = M inVc^30)(6)
[0033]Umax_3C>是移相后的三相調(diào)制波瞬時(shí)最大值，
Uniin-3。是移相后的三相調(diào)葡該瞬時(shí)最小值；
[0034]統(tǒng)一調(diào)制模塊，將所述SPWM、SVPWM和DPWMx三種調(diào)制方式下的零序分量通過求和后疊加到所述三相正弦調(diào)制信號(hào)獲得統(tǒng)一調(diào)制信號(hào)12。r 0，SPWM
—0.5(Umax + Umin),SVPWM


^DPWM0: Umas^30 + Umin^30 > 0
DPWM1IUmax + Umin > 0
k(Npeak Umax) j DPWM2: Umax^30 + Umin—30 < 0
[0035]V = 4DPWM3.Umax + UmJn < 0(7)
z —I DP.!醒


/DPWM0; Umax^30 + Umjn^3o < 0
DPWM1: U匪 + Umin < 0
k(—Npeak - Umin) i DPWM2: Umax^30 + Uniin一30 > 0


DPWM3:Ulliax+Umill >0
I^ DPWMmin
[0036]其中，Npeak是數(shù)字控爾器三角載波的峰值,k是零序分量補(bǔ)篋系S。
[0037]控制器比較所述統(tǒng)一調(diào)制波信號(hào)12與載波信號(hào)13，獲得控制開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。根據(jù)公式(7)計(jì)算得到的零序分量，疊加到公式(I)的參考三相調(diào)制波中，得到最終的統(tǒng)一調(diào)制波信號(hào)。

[VaT
[0038]Vf = Ψζ +Vz(8)
VrJ Fe.
[0039]由智能選擇模塊，確定選擇由上述公式(8)得到的不同的調(diào)制波中的一種進(jìn)行輸出。統(tǒng)一調(diào)制信號(hào)12和載波信號(hào)13的組合方式有8種，分別對(duì)應(yīng)不同的零序分量。該控制器可以由數(shù)字控制器(MCU、DSP)內(nèi)部產(chǎn)生，也可以由模擬電路通過信號(hào)發(fā)生器、比較器及放大電路實(shí)現(xiàn)。
[0040]由上述公式(8 )得到的最終統(tǒng)一調(diào)制波信號(hào)，數(shù)字控制器計(jì)算所需要的比較值，與控制器內(nèi)部生產(chǎn)的載波信號(hào)進(jìn)行比較，得到最終控制開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0041]如圖2-4所示，為基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制系統(tǒng)的逆變器的電路圖。該逆變器2可以應(yīng)用電機(jī)控制、不間斷電源、并網(wǎng)逆變器等場(chǎng)合。該逆變器2由直流電容21、三相逆變橋22以及濾波器23組成，所述三相逆變橋連接于所述直流電容與所述濾波器之間。
[0042]圖2是本實(shí)用新型基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制裝置的兩電平逆變器第一實(shí)施方式的電路圖，該實(shí)施例中，逆變器2的直流電容為單電容。三相逆變橋22包括Sa+、Sa-,Sb+、Sb-、Sc+、Sc-、Dl、D2、D3、D4、D5、D6，輸出端A、B、C以及輸出濾波器23組成。Sa+、Sa-, Sb+、Sb-、Sc+、Sc-為電力電子開關(guān)器件，可以為IGBT、MOSFET或其他常用電力電子器件，D1、D2、D3、D4、D5、D6 為體二極管。
[0043]其中，Sa+與Dl并聯(lián)，Sa-與D2并聯(lián)，Sb+與D3并聯(lián)，Sb-與D4并聯(lián)，Sc+與D5并聯(lián)，Sc-與D6并聯(lián)。直流源Ud正極分別與Sa+漏極、Sb+漏極、Sc+漏極相連，負(fù)極分別與Sa-、Sb-、Sc-源極相連。
[0044]濾波器23為L(zhǎng)C型或者LCL型。
[0045]如圖3是本實(shí)用新型基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制裝置的三電平逆變器第二實(shí)施方式的電路圖，逆變器2為三相I型三電平逆變器，直流電容為雙電容架構(gòu)。
[0046]如圖4是本實(shí)用新型基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制裝置的三電平逆變器第三實(shí)施方式的電路圖，逆變器2為三相T型三電平逆變器，直流電容為雙電容架構(gòu)。
[0047]如上，本實(shí)用新型所提供的基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制系統(tǒng)，由三相參考調(diào)制的交叉點(diǎn)進(jìn)行自然換向控制，只需進(jìn)行最大(小)值計(jì)算，計(jì)算量小，非常適合數(shù)字化(如單片機(jī)、DSP等)控制。另外，將常用的各類調(diào)制算法統(tǒng)一到注入零序分量的調(diào)制波和數(shù)字化載波來實(shí)現(xiàn)，可以充分發(fā)揮各類調(diào)制算法的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)具體的逆變器類型和負(fù)載性質(zhì)在線更換調(diào)制方式。另外在逆變器高頻化、多電平趨勢(shì)下，開關(guān)損耗會(huì)占整機(jī)損耗的比例越來越大。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的DPWMx調(diào)制方法具有在一個(gè)市電周期內(nèi)，有1/3周期(正、負(fù)半軸各60度相角)開關(guān)信號(hào)維持不變的特征。使得電力電子開關(guān)器件降低了開關(guān)次數(shù)，提高了整機(jī)效率。為了進(jìn)一步提高效率，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了在電流正、負(fù)峰值點(diǎn)60度相角范圍內(nèi)，DPWMx調(diào)制方法下的驅(qū)動(dòng)信號(hào)維持不變。
[0048]以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于自然換向的統(tǒng)一 PWM調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于:包括調(diào)制波計(jì)算單元與逆變器，所述調(diào)制波計(jì)算單元產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制所述逆變器的開關(guān)管以控制所述逆變器；其中，所述調(diào)制波計(jì)算單元包括: 二相正弦調(diào)制/[目號(hào)模塊，廣生依次相差120度相位,幅值相同的二相正弦調(diào)制/[目號(hào)； 零序分量計(jì)算模塊，根據(jù)所述三相正弦調(diào)制信號(hào)模塊所產(chǎn)生的所述三相正弦調(diào)制信號(hào)，計(jì)算零序分量，所述零序分量的頻率是所述三相正弦調(diào)制信號(hào)的三倍； 統(tǒng)一調(diào)制模塊，將所述零序分量通過求和后疊加到所述三相正弦調(diào)制信號(hào)獲得統(tǒng)一調(diào)制信號(hào)； 控制器，對(duì)比所述統(tǒng)一調(diào)制信號(hào)與載波模塊，獲得控制所述開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于自然換向的統(tǒng)一PWM調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于，所述逆變器是三相兩電平逆變器。
3.如權(quán)利要求2所述的基于自然換向的統(tǒng)一PWM調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于，所述三相兩電平逆變器由直流電容、三相逆變橋以及濾波器組成，所述三相逆變橋連接于所述直流電容與所述濾波器之間。
4.如權(quán)利要求3所述的基于自然換向的統(tǒng)一PWM調(diào)制系統(tǒng)，其特征在于，所述直流電容為單電容或雙電容架構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H02M7/797GK204013277SQ201320842169
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】熊偉, 邵長(zhǎng)偉, 丁永強(qiáng) 申請(qǐng)人:深圳古瑞瓦特新能源股份有限公司