CN101282093B - 用于串联式多电平逆变器的pwm控制方法 - Google Patents
用于串联式多电平逆变器的pwm控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于串联式多电平逆变器的损耗优化PWM控制方法,该方法利用一控制波与一载波调制后形成调制波,所述调制波通过一串联式多电平逆变器后产生PWM控制波形,所述控制波在一个周期内包括固定值区域,并且该固定值大于所述载波的幅值。本发明的损耗优化PWM控制方法,可最大化减少开关损耗,并且,通过三相控制波(参考波)的相互配合,形成了零序分量的叠加,从而提高了电压利用率。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子和电机控制领域,具体地说,涉及一种用于串联式多电平逆变器的PWM控制方法。
背景技术
PWM控制,即脉冲宽度调制控制技术,它通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要的波形。电力电子领域中,PWM控制在逆变电路中的应用最为广泛,而在高压大容量的场合,为降低功率管的开关损耗,往往是PWM控制与串联式的逆变器配合应用,以使开关频率降低到1kHz~2kHz之间。在级联式逆变器中,目前普遍采用的PWM控制算法是,在标准正弦波的基础上形成控制波(参考波),这种波形又称为鞍形波,并由移相式三角波形成载波;控制波(参考波)和载波之间进行比较生成PWM控制信号。叠加三次谐波的目的是提高电压的利用率,并且,可利用级联式逆变器输出三相三线的特点,消除三次谐波在输出负载上的影响。载波移相的目的是降低输出的电压变化率、提高谐波性能以及保证各个功率单元的功率一致。
如图1、图2、图3所示分别为控制波(参考波)、载波和PWM输出的波形,其中载波为五级串联的三角载波。
采用叠加三次谐波的PWM算法,其不足之处在于,当因为开关损耗较大使得散热器温度不能满足要求时,只能降低载波频率来降低开关损耗,而降低载波频率,则必然降低输出谐波性能。
发明内容
本发明的目的,在于提供一种新的适用于串联式多电平逆变器的PWM控制方法,以克服传统的PWM控制方法中存在的诸如开关损耗大等问题。
本发明的用于串联式多电平逆变器的损耗优化PWM控制方法,主要是利用一三相控制波(参考波)通过一载波,获得PWM控制波形,其中,通过调整控制波(参考波)的波幅,使该控制波的固定区域为大于所述载波幅值的确定值,并且,该三相控制波(参考波)任两项的差值为正弦波。
该损耗优化的PWM控制方法的载波采用三角波移相的方式,移相的角度(折算到时间)当采用双极性调制时为Ts/2N,当采用单极性调制时为Ts/N,其中,Ts为三角载波的周期,N为每相串联单元数。
本发明的损耗优化PWM控制方法,可最大化减少开关损耗,并且,通过三相控制波(参考波)的相互配合,形成了零序分量的叠加,从而提高了电压利用率。
附图说明
图1是叠加三次谐波的控制波(参考波)波形示意图;
图2是五级串联的三角载波示意图;
图3是级联式变频器输出相电压PWM波形示意图;
图4是本发明的控制波(参考波)的波形示意图;
图5是本发明的控制波(参考波)以及载波发生、调制示意图;
图6是本发明应用在单元串联式逆变器功能示意图;
图7是利用本发明的方法产生的损耗优化的PWM输出波形图(五级串联);
图8是利用本发明的方法产生的损耗优化的PWM输出线电压波形图。
具体实施方式
本发明的损耗优化的PWM控制方法,首先是采用三相的叠加波作为控制波(参考波),其中叠加波分别由正弦波叠加零序分量构成,并且任意两相叠加波的差值均为标准的正弦波,在该控制波的一定区间内,形成一个固定值区域,该固定值的大小大于该控制波(参考波)的载波的幅值,所以,在这个固定值区域内,没有PWM波形产生,也就是说,没有开关动作,所以不会形成开关损耗。
如表1所示为本发明一种优选的控制波产生方法表:
表1:串联式多电平逆变器的损耗优化PWM控制算法表
上表中,UREF-U,UREF-V,UREF-W代表U/V/W相参考波(控制波);SIN(U),SIN(V),SIN(W)代表三相标准正弦波。K值为大于1的正数,通常取1.10~1.2之间的值,M的取值在0~1.23之间。
其波形图如图4所示。由图可知,一个周期内,在60度-120度以及240-300度区间内,形成一个固定值区域,这个固定值的大小大于载波的幅值(假设其幅值为1),并且,任何时刻、任何两相之间的差值是标准的正弦波,既该控制波(参考波)保证了经过PWM控制调制后,输出的线电压为标准的正弦波。
而本发明的PWM控制所用载波为多级的三角波移相方式,移相的角度(折算到时间)根据PWM调制的双极性和单极性有所不同,当采用双极性调制时为Ts/2N,当采用单极性调制时为Ts/N,其中,Ts为三角载波的周期,N为每相串联单元数。
如图5、图6所示,经过信号发生装置,可产生所需的具有上述性质的三相控制波以及载波,该信号发生装置可以由MCU、DSP或可编程芯片组成。三相控制波以及载波经调制电路调制后,输出三相的调制波A、B、C。调制波经过功率单元后,输出所需要的波形。载波的级数由多级逆变器的极联数确定,在如图6所示的实施例中,串联式逆变器的每相级联数为5,所以多重载波的级数也应该为5,当然,逆变器的每相级连数也可以为3或大于3的合适数量。
如图7所示,本发明的损耗优化PWM控制方法的控制波(参考波)在一个周期(360度电角度)中,分别在60度-120度和240度-300度区间内,形成一个固定值区域,这个固定值的大小大于载波的幅值,所以在这个固定值区域内,没有PWM波形产生,也就是说,没有开关动作,所以不会形成开关损耗。
同时,本发明的损耗优化PWM控制算法通过三相控制波(参考波)的相互配合,形成了零序分量的叠加,从而提高了电压利用率。另外,如图8所示,本发明的损耗优化PWM控制算法的三相控制波(参考波),在任何时刻、任何两相之间的差值是标准的正弦波,即保证输出线电压为标准正弦波。
Claims (6)
2.如权利要求1所述的损耗优化PWM控制方法,其特征在于,所述K值在1.10至1.20之间。
3.如权利要求1所述的损耗优化PWM控制方法,其特征在于,所述载波为多重载波,载波数等于所述串联式逆变器的级数。
4.如权利要求3所述的损耗优化PWM控制方法,其特征在于,所述多重载波的采用三角波,其移相的角度当PWM调制采用双极性调制时为Ts/2N,当PWM调制采用单极性调制时为Ts/N,其中,Ts为三角载波的周期,N为每相串联单元数。
5.如权利要求3或4所述的损耗优化PWM控制方法,其特征在于,所述载波为5重载波。
6.如权利要求1所述的损耗优化PWM控制方法,其特征在于,所述逆变器包括三相功率单元,所述每相功率单元的级联数为3或大于3。
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