CN102195512A - 一种逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法 - Google Patents
一种逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102195512A CN102195512A CN2011100731588A CN201110073158A CN102195512A CN 102195512 A CN102195512 A CN 102195512A CN 2011100731588 A CN2011100731588 A CN 2011100731588A CN 201110073158 A CN201110073158 A CN 201110073158A CN 102195512 A CN102195512 A CN 102195512A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- switching
- frequency
- switching frequency
- fst
- width modulation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
本发明涉及一种逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法，是在不同载波比的同步脉宽切换时，在上一载波比下的开关频率fs1切换至新的载波比下的开关频率fs2之间增加一个过渡时间段；该过渡时间段内设定有高于切换前后的开关频率fs1和fs2的一个过渡频率fst，使开关频率fs1提高到过渡频率fst，并使其持续一定时间达到稳态后，再由该过渡频率fst切换到频率较低的开关频率fs2。从而使得同步脉宽调制载波比切换过程中，开关频率从fs1到fst、从fst到fs2两次切换时的暂态冲击电流，均小于传统方法中直接从fs1切换至fs2的暂态冲击电流。
Description
技术领域
本发明属于电力电子与电气传动领域，特别涉及一种逆变器同步脉宽调制载波比切换时减小冲击电流的处理方法。
背景技术
目前，为提高控制性能、节约能源，在电气传动领域采用变压变频的具有脉宽调制功能的逆变器。在高压大功率领域，电力电子器件的开关损耗较大，需要尽量降低开关频率。逆变器为了不增加开关频率仍能输出较宽的频率范围且保证较低的谐波，多采用同步脉宽调制。如图1所示，随输出频率的变化，其同步调制的载波比分段改变。与异步调制相比，采用同步调制的优点是可以减小谐波，但缺点是在载波比切换会带来负载电流的暂态过程。
在高压大功率领域，由于开关损耗的限制，一般开关频率都较低，以3300V/7.5MVA三电平拓扑IGCT器件构成的变流器为例，目前开关频率一般需要限制在400Hz以下。当变流器采用同步调制算法时，若如图2所示对载波比直接进行切换，即上一载波比的开关频率fs1直接降到新的载波比下的开关频率fs2时，其所产生的暂态输出电流冲击会带来以下问题：1）电流冲击过大时，可能会造成变流器过流甚至损坏功率器件；2）暂态电流对负载的稳定运行产生不利影响，以电机负载为例，将造成电机的磁场和转矩波动，影响电机控制系统的运行性能。
现有一种采用PWM脉宽调制同步切换的电压型变频调速系统及其方法，其中针对载波比切换时带来的冲击问题，提出了载波比连续过渡的方案。使用PI调节器，新的载波比作为给定并与上一个周期的载波比做差，该差值送入PI调节器，PI调节器的输出作为当前的载波比。该方法虽然可以实现载波比的平滑切换，但由于加入了PI调节器，结构较复杂，而且对PI参数进行校正也增加了工作量。
目前还有一种三电平变频调速系统SVPWM和SHEPWM混合调制方法，为解决PWM模式切换的冲击，提出了在固定角度区间内进行切换的方法。然而，该方法需要判断电压矢量区间并要等待其落入指定角度区间，切换不能即刻进行。
发明内容
本发明的目的在于对逆变器的分段同步脉宽调制，提出了一种处理方法以便减小其在载波比改变时的暂态冲击电流。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法，所述处理方法是在不同载波比的同步脉宽切换时，在上一载波比的开关频率fs1切换至新的载波比下的开关频率fs2之间增加一个过渡时间段；该过渡时间段内设定有高于切换前后的开关频率fs1和fs2的一个过渡频率fst，使开关频率fs1提高到过渡频率fst，并使其持续一定时间且系统状态达到稳态后，再由该过渡频率fst切换到频率较低的开关频率fs2。
高开关频率时的稳态电流纹波，比低开关频率时的稳态电流纹波小；所述过渡频率fst的稳态电流纹波，小于切换前的开关频率fs1的稳态电流纹波和切换后的开关频率fs2的稳态电流纹波。
不同开关频率切换时的暂态冲击电流，与切换前后的开关频率下的稳态电流纹波之和正相关；开关频率fs1到过渡频率fst切换时的暂态冲击电流，或过渡频率fst到开关频率fs2切换时的暂态冲击电流，都小于由开关频率fs1直接切换至开关频率fs2时的暂态冲击电流。
具有过渡频率为fst的所述过渡时间段，其时间长度由逆变器的输出电流在控制系统调节下达到稳态的最小时间控制。
使用DSP或者FPGA进行脉宽调制的脉冲生成，并设置计数器将脉宽调制采样周期的长度转换成相应的计数值，还根据所述逆变器的输出频率和载波比计算下个采样周期的时长并存入设定的寄存器。
在脉冲的开关频率为fs1，并在当前的采样周期内检测到输出频率到达载波比切换点时，就将下一个采样周期的时长设定为1/fst，并转化成相应的计数值；
从下一个周期开始，使开关频率保持为过渡频率fst并持续一定时间使其达到稳态；该持续时间是若干个1/fst周期；
在该持续时间段的最后一个采样周期内，设定下个采样周期的时长为1/fs2，并在下个采样周期内保持开关频率为fs2，完成开关频率从fs1到fs2的切换。
与现有技术相比，本发明所述逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法，其优点在于：本发明在载波比切换过程中增加了一个高频的过渡时间段，该过渡频率fst要比载波比切换前后的开关频率fs1、fs2都高，从而使得从fs1到fst、从fst到fs2两次切换时的暂态冲击电流，均小于传统方法中直接从fs1切换至fs2的暂态冲击电流。
附图说明
图1为本发明所针对的分段同步调制的频率与载波比关系的一个例子。
图2为传统的载波比直接切换时的开关频率变化情况。
图3为使用本发明提出的方法后其开关频率在切换前后的变化情况。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
本发明所述处理方法，在直流到单相或多相交流转换的半导体变流器的同步脉宽调制载波比切换时进行。图1给出了逆变器的分段同步调制过程中频率与载波比关系的一个示例，其中，随着输出频率的增加，载波比经过了三次切换，使所述开关频率在载波比的切换点分段下降。
如图3所示，本发明所述逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法，是在上一载波比的开关频率fs1切换至新的载波比下的开关频率fs2时，在其之间增加一个过渡时间段，该过渡时间段内设定有高于开关频率fs1和fs2的一个过渡频率fst。即是说，首先开关频率从fs1提高到fst，并以fst的开关频率持续一定时间达到稳态，再将开关频率由fst切换到频率较低的fs2。
所述过渡频率fst的时间长度，以逆变器的输出电流在控制系统调节下达到稳态的最小时间来确定。一般在电流内环调节作用下经过几个周期即可实现。需要说明的是，所述过渡时间段由于其高开关频率的作用会使功率器件产生集中的开关损耗，因此应用中需要尽量减少该过渡时间段的时间。
另外，本发明所述处理方法，适用于切换点附近具有较宽滞环的情况，来避免变流器基波的输出频率在切换频率附近时造成载波比的频繁切换，防止功率器件长期工作在高开关频率下产生过热。
由于处于稳态时，高开关频率会带来较小的电流纹波，低开关频率会带来较大的电流纹波。所以与过渡频率fst相比，切换前后fs1和fs2的开关频率都较小，即两者的电流纹波都比过渡频率fst时的电流纹波大。而且，不同开关频率切换过程中产生的暂态冲击电流，最大约是各自开关频率下的稳态电流纹波之和。
因此，与将开关频率fs1直接切换到f2的传统方法（如图2）相比较，本发明中将开关频率由切换前的频率fs1切换到过渡频率fst时，由于过渡频率fst下的电流纹波比开关频率fs2下的电流纹波小，所以本发明过渡过程中产生的冲击电流小于传统方法。同样道理，本发明中开关频率由过渡频率fst切换到开关频率fs2时的冲击电流，也比传统方法中由开关频率fs1直接切换到fs2时的冲击电流要小。
在具体应用时，可以使用DSP或者FPGA等硬件进行脉宽调制（PWM）的脉冲生成，其中还设置有计数器及寄存器。当位于异步调制模式时，PWM采样周期固定。当位于同步调制模式时，使PWM采样周期随着逆变器的输出频率变化而正比变化。将PWM采样周期的长度根据计数器的频率转换成相应的计数值。对于不同的载波比，设置不同的比例系数，而每一种载波比下的比例系数恒定。同步调制时要在线记录所述输出频率，以实时计算下个采样周期的时长，并设定相关的寄存器使计算出的周期长度在下一个周期时起作用。
即是说，假定当前PWM脉冲的开关频率为fs1，并在当前的PWM采样周期内检测到输出频率到达载波比切换点时，就将下个PWM采样周期的时长设定为（1/fst），并转化成相关计数器的计数值。而从下一个周期开始，开关频率就保持为过渡频率fst并持续一定时间使其达到稳态；该持续时间一般在几个1/fst周期之内。在该持续时间段的最后一个PWM采样周期内，再设定下个周期的时长为（1/fs2），并在下个周期内保持开关频率为fs2。至此，完成开关频率从fs1到fs2的切换。
综上所述，本发明所述逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法，在载波比切换过程中增加了一个高频的过渡时间段，该过渡频率fst要比载波比切换前后的开关频率fs1、fs2都高，从而使得从fs1到fst、从fst到fs2两次切换时的暂态冲击电流，均小于传统方法中直接从fs1切换至fs2的冲击电流。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (6)
1.一种逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法，其特征在于，所述处理方法是在不同载波比的同步脉宽切换时，在上一载波比的开关频率fs1切换至新的载波比下的开关频率fs2之间增加一个过渡时间段；
该过渡时间段内设定有高于切换前后的开关频率fs1和fs2的一个过渡频率fst，使开关频率fs1提高到过渡频率fst，并使其持续一定时间且系统状态达到稳态后，再由该过渡频率fst切换到频率较低的开关频率fs2。
2.如权利要求1所述逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法，其特征在于，高开关频率时的稳态电流纹波，比低开关频率时的稳态电流纹波小；
所述过渡频率fst的稳态电流纹波，小于切换前的开关频率fs1的稳态电流纹波和切换后的开关频率fs2的稳态电流纹波。
3.如权利要求2所述逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法，其特征在于，不同开关频率切换时的暂态冲击电流，与切换前后的开关频率下的稳态电流纹波之和正相关；
开关频率fs1到过渡频率fst切换时的暂态冲击电流，或过渡频率fst到开关频率fs2切换时的暂态冲击电流，都小于由开关频率fs1直接切换至开关频率fs2时的暂态冲击电流。
4.如权利要求1或3所述逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法，其特征在于，具有过渡频率为fst的所述过渡时间段，其时间长度由逆变器的输出电流在控制系统调节下达到稳态的最小时间控制。
5.如权利要求1或3所述逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法，其特征在于，使用DSP或者FPGA进行脉宽调制的脉冲生成，并设置计数器将脉宽调制采样周期的长度转换成相应的计数值，还根据所述逆变器的输出频率和载波比计算下个采样周期的时长并存入设定的寄存器。
6.如权利要求5所述逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法，其特征在于，在脉冲的开关频率为fs1，并在当前的采样周期内检测到输出频率到达载波比切换点时，就将下一个采样周期的时长设定为1/fst，并转化成相应的计数值；
从下一个周期开始，使开关频率保持为过渡频率fst并持续一定时间使其达到稳态；该持续时间是若干个1/fst周期；
在该持续时间段的最后一个采样周期内，设定下个采样周期的时长为1/fs2，并在下个采样周期内保持开关频率为fs2，完成开关频率从fs1到fs2的切换。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110073158 CN102195512B (zh) | 2011-03-25 | 2011-03-25 | 一种逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110073158 CN102195512B (zh) | 2011-03-25 | 2011-03-25 | 一种逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102195512A true CN102195512A (zh) | 2011-09-21 |
| CN102195512B CN102195512B (zh) | 2013-07-31 |
Family
ID=44603035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201110073158 Expired - Fee Related CN102195512B (zh) | 2011-03-25 | 2011-03-25 | 一种逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102195512B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104852660A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-08-19 | 湖北汽车工业学院 | 一种分段同步调制中不同载波比切换方法 |
| CN106130435A (zh) * | 2016-08-16 | 2016-11-16 | 深圳市英威腾交通技术有限公司 | 一种谐波消除pwm生成方法 |
| CN108322077A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-07-24 | 中车青岛四方车辆研究所有限公司 | 基于shepwm的脉宽调制系统及调制方法 |
| CN110614856A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-12-27 | 广州市三环永新科技有限公司 | 一种打印介质检测装置、方法和打印机 |
| CN114665738A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-06-24 | 深圳市正浩创新科技股份有限公司 | 载波生成方法、切换装置、脉宽调制方法以及逆变系统 |
| WO2023082445A1 (zh) * | 2021-11-11 | 2023-05-19 | 中车永济电机有限公司 | 一种频率倍频切换的四象限变流器控制装置及其控制方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60109786A (ja) * | 1983-11-17 | 1985-06-15 | Fuji Electric Co Ltd | 電動機用インバ−タの切換方式 |
| CN1543047A (zh) * | 2003-03-25 | 2004-11-03 | ���µ�����ҵ��ʽ���� | 电机驱动用逆变器控制装置及使用该装置的空调机 |
| CN1747306A (zh) * | 2004-09-09 | 2006-03-15 | 爱信艾达株式会社 | 电动驱动控制装置、电动驱动控制方法及其程序 |
| CN101647187A (zh) * | 2007-04-20 | 2010-02-10 | 三菱电机株式会社 | 逆变器控制装置 |
-
2011
- 2011-03-25 CN CN 201110073158 patent/CN102195512B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60109786A (ja) * | 1983-11-17 | 1985-06-15 | Fuji Electric Co Ltd | 電動機用インバ−タの切換方式 |
| CN1543047A (zh) * | 2003-03-25 | 2004-11-03 | ���µ�����ҵ��ʽ���� | 电机驱动用逆变器控制装置及使用该装置的空调机 |
| CN1747306A (zh) * | 2004-09-09 | 2006-03-15 | 爱信艾达株式会社 | 电动驱动控制装置、电动驱动控制方法及其程序 |
| CN101647187A (zh) * | 2007-04-20 | 2010-02-10 | 三菱电机株式会社 | 逆变器控制装置 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104852660A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-08-19 | 湖北汽车工业学院 | 一种分段同步调制中不同载波比切换方法 |
| CN106130435A (zh) * | 2016-08-16 | 2016-11-16 | 深圳市英威腾交通技术有限公司 | 一种谐波消除pwm生成方法 |
| CN106130435B (zh) * | 2016-08-16 | 2019-03-05 | 深圳市英威腾交通技术有限公司 | 一种谐波消除pwm生成方法 |
| CN108322077A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-07-24 | 中车青岛四方车辆研究所有限公司 | 基于shepwm的脉宽调制系统及调制方法 |
| CN108322077B (zh) * | 2018-03-28 | 2020-02-18 | 中车青岛四方车辆研究所有限公司 | 基于shepwm的脉宽调制系统及调制方法 |
| CN110614856A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-12-27 | 广州市三环永新科技有限公司 | 一种打印介质检测装置、方法和打印机 |
| WO2023082445A1 (zh) * | 2021-11-11 | 2023-05-19 | 中车永济电机有限公司 | 一种频率倍频切换的四象限变流器控制装置及其控制方法 |
| CN114665738A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-06-24 | 深圳市正浩创新科技股份有限公司 | 载波生成方法、切换装置、脉宽调制方法以及逆变系统 |
| WO2023179145A1 (zh) * | 2022-03-21 | 2023-09-28 | 深圳市正浩创新科技股份有限公司 | 载波生成方法、脉宽调制方法以及逆变系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102195512B (zh) | 2013-07-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Huang et al. | Critical-mode-based soft-switching modulation for high-frequency three-phase bidirectional AC–DC converters | |
| Zhao et al. | Inverter power control based on DC-link voltage regulation for IPMSM drives without electrolytic capacitors | |
| CN102195512B (zh) | 一种逆变器同步脉宽调制载波比切换时的处理方法 | |
| Zhang et al. | Model predictive control for PMSM drives with variable dead-zone time | |
| CN101385224A (zh) | 功率变流器及其控制方法、和空调机 | |
| JP2013085455A (ja) | 電力変換装置 | |
| CN105162371A (zh) | 抑制开关磁阻电机转矩脉动的电机驱动系统及方法 | |
| Vijayakumari et al. | Topologies and control of grid connected power converters | |
| US11146181B2 (en) | Control method and apparatus for common-mode modulated wave of single-phase five-level inverter | |
| Bašić et al. | Energy efficient control of a stand-alone wind energy conversion system with AC current harmonics compensation | |
| Abe et al. | Current ripple suppression control based on prediction of resonance cancellation voltage for electrolytic-capacitor-less inverter | |
| Ding et al. | Suppression of beat phenomenon for electrolytic capacitorless motor drives accounting for sampling delay of DC-link voltage | |
| CN102986126B (zh) | 整流装置 | |
| Wan et al. | Dead-time compensation in active npc three-level inverters considering current ripple | |
| Sri Gowri et al. | Direct torque control of induction motor based on advanced discontinuous PWM algorithm for reduced current ripple | |
| CN106787915B (zh) | 抑制能量回馈装置环流的双载波svpwm控制方法 | |
| Suresh et al. | Integer factor based SVPWM approach for multilevel inverters with continuous and discontinuous switching sequences | |
| Rajan et al. | A Novel Unity Power Factor Input Stage With Resonant DC Link Inverter for AC Drives | |
| CN106452128B (zh) | 解决空间矢量脉宽调制电流过零点畸变的控制方法和装置 | |
| CN109905057A (zh) | 一种永磁同步电机低电流谐波控制系统 | |
| Li et al. | A novel fast current-control method for the back-to-back converters | |
| Santra | Loss minimisation of trapezoidal BLDCM drive by UPFC-based optimal switched inverter | |
| Niu et al. | Common mode current suppression for permanent magnet synchronous motor based on model predictive control | |
| He et al. | Power Quality Improvement for Grid-connected High-Speed Switched Reluctance Drive System | |
| US20230344240A1 (en) | Techniques for controlling a power electronics converter in an electric distribution grid |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Free format text: FORMER OWNER: SHANGHAI MAGNETIC SUSPENSION COMMUNICATION ENGINEERING TECHNOLOGY RESEARCH CENTE Effective date: 20150228 Owner name: TONGJI UNIVERSITY Free format text: FORMER OWNER: SHANGHAI MAGLEV TRANSPORTATION DEVELOPMENT CO., LTD. Effective date: 20150228 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 201204 PUDONG NEW AREA, SHANGHAI TO: 200092 YANGPU, SHANGHAI |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20150228 Address after: 200092 Shanghai City, Yangpu District Siping Road No. 1239 Patentee after: Tongji University Address before: 201204 Pudong New Area, Longyang Road, No. 2520, Patentee before: Shanghai Maglev Transportation Development Co., Ltd. Patentee before: Shanghai Magnetic Suspension Communication Engineering Technology Research Cente |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130731 Termination date: 20160325 |