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仿真 用来消弭直流开关 电源输出低频纹波


2019-10-28

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第 43卷第 4期 电力 电子手艺 Vo1.43 No.4 2009年 4月 PowerElectronics April,2009 最小开关损耗两相调制SVPWM节制及算法研究 蔡 伟,赵莉华 (四川大学,四川 成都 610065) 摘要:因为保守的空间电压矢量脉宽调制(sVPwM)算法存正在计较复杂、损耗大的错误谬误,影响了逆叛变制系统的全体 机能。对保守SVPWM节制的算法进行了改良,提出了最小开关损耗的两相调制SVPWM改良算法。仿实和尝试成果 表白,改良算法削减了两头变量的运算,降低了开关频次,从而减小了开关损耗。 环节词:逆变;节制;算法 /空间矢量脉宽调制 中图分类号:TN787 文献标识码:A 文章编号:IO00-100X(2009)04—0070-02 ControlandAlgorithm forM inimunSwitchingLossofTwo-phaseModulatedSVPW M CAIWei,ZHAO Li—hua (SichuanUniversity,Chengdu610065,China) Abstract:Becau搜索引擎优化fthecalculation complexityandthelargewasteoftraditionalspacevectorpulsewidthmodulation (SVPWM)algorithm,theinve~eroutputisnotveryidea1.BasedonthetraditionalSVPWMalgorithm,animprovedSVPWM algorithm isproposed.Withthisimprovedalgorithm,theminimum wastetwo—phasemodulatedswitchisrecommended.The simulativeandexperimentalresultsshow htatthecalculationisobviouslysimplifiedandandtherfequencyisdecreased. Therebytheswitchinglossofitisreduced. Keywords:inve~ion;control;algorithm /spacevectorpulsewidthmodulation 1 引 言 为一个电压矢量U来处置,操纵 8个根基 电压空间 跟着 电力电子手艺的前进,各类新型功率器件 矢量 ,【o一 的分歧组合,构成幅值不异、相位分歧的 向高频化、大电流密度、高电压和低通态压降成长, , 从而使六边形尽可能迫近准圆。区间划分前提如 以电力电子器件为焦点的电力电子安拆也正在提高效 图2a所示。图2b表白区间划分取根基 电压空间矢 率、减小谐波污染等方面取得了很猛进展。但电力电 量的对应关系。 子安拆的机能和质量除了取功率器件相关外.正在很 大程度上还取决于所采纳的节制策略。出格是现代 。 1 珊\ ㈨n、 电力电子安拆向高频化成长的过程中,正在不添加硬 d V3c(011)——— (Ioo) 件投资环境下.采纳一种能降低开关损耗的节制方 Ⅳ/ 法对提高整个安拆的效率很成心义。对保守SVPWM 01)/ \酬o1) 算法进行了改良,改良后的算法降低了开关频次,从 (a)矢量 的区 间判 断 (b)工做周 期的8个区 间 而减小了开关损耗1J【。 图2 矢量的区间判断和 8个工做区间 2 保守 SVPWM 简介 2.2 矢量合成的最佳序列 电压空间矢量选择及优化准绳是:①为了优化 2.1 三相电压区间分派 开关频次.根基电压矢量的选择该当使每次根基电 保守 SVPWMm需要对三相正弦 电压进行 区间 压矢量变化时,只要一个功率器件发活泼做,并且这 分派,按每 6O。为一个区间,一个工做周期分为 6个 种变化正在开关周期内是轮回的;②正在一个开关周期 区间,如图1所示。 中.根基电压矢量的选择是对称的;③零电压矢量的 。、l、f 感化时间是等分派的。按照选择及优化准绳,当 位于区间I.保守SVPWM的矢量选择取合成如图3 所示,故矢量序列是 , , , , , , 。 . ./1。/I。. II III Ⅳ V Ⅵ I 儿 l ; l f 图1 保守节制方式相电压的区间分派 :厂_『] : f’ 按照空间矢量的节制道理,三相正弦电压可视 且而盈出 越 且而f 定稿 日期:2008—12—29 图3 保守矢量序列(I区间) 做者简介 :蔡 伟 (1982一),男,硕士研究生 ,研究标的目的为电力 2.3 节制算法 电子取 电力传动 。 若是要合成位于 I区间的 .需要根基电压矢 70 最小开关损耗两相调制 SVPWM节制及算法研究 量 , , , 配合感化。其感化时间为 , , , 表 1 逆变形态下4种工做模式 (区间 I) 。 它们满脚下列关系: fiTU=ToUo+ +T6£,6+ ,,、 : 式中:为U的感化时间。 功率器件的开关 占空比为: 互 : 二 一 . (2) 死一、/了IvlsinO 一 若是要合成位于区间 I的电压矢量 ,需要基 本 电压矢量 , , , 配合感化。其感化时间 , 3 改良后的两相调制SVPWM 算法 乃, , 满脚下列关系: 3.1 三相电压区间分派 彤 = +死 + , = (3) 改良算法取保守算法的根基道理分歧,只是划 可得: 分区间的起始角度有所改变,如图4所示。 燃 经计较得: 》ii《ts》,i《it,. 一 乃 一“b 一u:+2ub ,、 1 II III Ⅳ V Ⅵ I II T一— =_ ’ 丁 一— 图4 改良算法相 电压的区间分派 变换成占空比的形式如下: 3.2 矢量合成的最佳序列 取保守算法相 比,改良算法只选择一个零矢量 争+争: ,db=争= ,de=0(6) 来补脚感化时间,如正在区间 I,Ⅲ,V时取 ,而正在 a b 区间I占空比计较公式同式(6)。区间11:d8=1+ } Il = 区间 Ⅱ,Ⅳ,Ⅵ时取 ,如图5所示。取采用两个零 (2“+“)/Uo,db=l,=1+(2Ⅱ+M)/Uo;区间lU:d日=0, 矢量的方式比拟进一步降低 了开关损耗 。 0 0 db=(2ub*+ue*)/uo,=(2 + )/Uo;区间1V:以=1+ + + (2Ua*+ttb*)/Uo,db=1+(2H+u)/,do=l;区间V:以= f 3 (2uo*+u:)/uo,db=0,d=(2。+u:)/Uo;区间Ⅵ:以=l,db= 厂__] , 十 盟+3 1+(2 +“)/Uo,=l+(2M。+u:)/Uo。 五 五 , ’ : ‘ 醌 3 3 4 仿实和尝试成果 一 — — 采用 Matlab7.0对系统进行了仿线(I区l司) 为:曲流电压 150V,负载 电阻 1OQ,滤波 电感 5mH, 3.3 节制算法闭 滤波电容 20 F,开关频次 10kHz。仿线a所示的三相桥式逆变器中,定义P点电 图7a所示。采用DSP芯片做尝试,尝试所得驱动波 位为uo.Q点电位为零。统一桥臂的上下两开关器 形及A相电压波形别离如图7b,c所示。 件形态互补,引入 a,b,c桥臂的开关变量为 S,S, S,并用 , , 暗示 a,b,c三相上桥臂开关管的开 蛙 关形态,1为导通,0为关断,则形态 6(110)等效 电 2 如图6b所示。 P t/(20ms/格) )驱动仿实波形 氅 痤 0 : 0 Q ; (a)三相逆变器 电道理 图 (b)形态6(Il0)等效 电图 t/(2.5ms/格) t/(5ms/格) 图6 三相逆变器电道理图及形态6(110)等效电图 fb)a.b相驱动尝试波形 (c)a相 电压尝试波形 由图6b可知负载相 电压为 X/a~Ubuo/3,u= 图7 仿线。同理,可得区间I逆变形态下其他4种工做 5 总 结 模式的相电压如表 1所示。 采用两相调制方式.每相桥臂的功(下转第78页) 71 第43卷第4期 电力 电子技 术 Vo1.43 No.4 2009年 4月 PowerElectronics April,2009 7.3 滤波电容的设想 大,次要缘由是:①电误差,次要由电元件参数 流经滤波电容的电流为: 不切确和比力器形态翻转不切确而形成;②丈量误 i~=iL-i (21) 差.次要由丈量示波器的丈量精度和丈量引线干扰 i正在 电容两头发生的高频电压纹波 △ 就是输 等惹起:③高频纹波和高频干扰等。 出纹波电压。由图5可见,近似线性,所 以有: △“』。dt=吉(。 ≥‘)=争 (22) ,;,¨,,i,;,;连 £ i,, ,, , 0 拾掇得 电容量关系式: 司 c=器 (23) t/(10 s/格) t/(50ms/格) (aJ积分器输出 cnt和UpwM波形 (b)输出电压纹波 将式(19)代入式(23),得 c: 。可 以 图6 尝试波形 按照 已知的参数和所期望的输出电压高频纹波来确 9 结 论 定滤波 电容 C。 对由工频市电供电的曲流开关电源低频纹波的 8 仿实和尝试成果 发生缘由和 PWM节制、单周节制道理进行了阐发。 8.1 仿实成果 基于采样节制理论的冲量等效道理的冲量节制能够 对 图3电用 Matlab/Simulink进行仿实,仿实 用来消弭曲流开关 电源输出低频纹波 ,指出PWM 参数为;50kHz, 20 s,输入电压220V/50Hz,整 节制和单周节制均属冲量节制,并对冲量等效道理 流滤波电容 1000 F。输出滤波电参数:L=500IxH, 使用于曲流开关电源消弭输出低频纹波进行了必然 C=500 F,负载 电阻尺=10Q。仿实发觉,输入交换 的理论研究。该方式简单,节制容易。仿实和尝试结 电压经单相全桥整流滤波后输 出的 中有较大的 果均申明用冲量节制手艺消弭曲流开关电源输出的 低频纹波,约为 34V,反复频次为 100Hz。高频斩波 低频纹波结果很较着.而且输出滤波器参数远小于 的输出(输出滤波电的输入电压)幅度也有较着调 常规的PWMDC/DC变换器的滤波参数,降低了成 制。但采用冲量节制后 上叠加的低频纹波和高频 本和体积。若是再连系其他消弭高频纹波[51、毛刺干 纹波幅度都很小,纹波峰峰值约为 5mV。申明采用 扰等办法 .能够实现超低纹波输出,从而满脚高手艺 冲量节制手艺对曲流开关电源输出的低频纹波 设备对超低纹波曲流开关电源 的需要。 具有较着结果。别的,积分器输出 的上升速度是变 化的,申明 的低频波动能够影响积分过程和结果, 参考文献 改变 PWM脉冲宽度,从而实现了对输出电压的调理。 1【]李 宏.浅谈开关曲流 电源的纹波 问题 J【】.电力电子 8.2 尝试成果 手艺 ,2000,34(6):28—30. 按照图4所示道理电搭建了尝试电.次要 2【】 王兆安 ,黄 俊.电力电子手艺 M【】.:机械工业出书 社 .2002. 尝试参数:输入交换电源 220V/50Hz,整流滤波电 3【】 陶生桂,永,胡 兵.曲流开关电源纹波阐发J【].城市 容 2200~F/450V。功率开关管采用 IGBT,型号为 轨道交通研究,2003,(4):44_47. 1MBH60D一100.其开关频次为 30kHz,输 出滤波 电 4【] 张国安,魏晴昀.一种平均值取样 电的设想[J】.空军雷 感 500 H,电容 470I~F/450V,负载电阻3OQ。用 达学院学报 ,趣赢娱乐。2005,19(3):43—45 TDS2014数字式存储示波器不雅测的尝试波形如图6 5【】 张国安,祁承超,张显才.瞬时并联弥补消弭开关电源高 所示 。由图6b可见,Au。20mV。这比仿实成果稍 频纹波的研究fJ】-电力电子手艺,2008,42(6):22—24. (上接第 71页) 率器件正在半个周波 内有60。的时间维持某一开关状 关损耗PWM手艺fJ】.电力电子手艺,1999,33(3):12—15. 态,如图7a,C所示。由驱动波形可见,正在一个周期内 [2] ZargafiNR,JoosG.PerformanceInvestigationoCurrent- 别离有 120。时间开关器件不动做,从而大大削减了 controHed Voltage—regulated PWM Rectifier in Rotating andStationaryFrame[A1.Proc.IEEEAnnu.Conf.Industrial 开关次数,开关损耗 天然也削减三分之一。从降低开 ElectronicsSociety[C].1993:1193—1197. 关损耗角度看,二相调制法优于保守方式。 [3】 Chern—LinChen,Che—MingLe,Rong-JieTu,eta1.ANovel Simplified Space VertorModulated ControlScheme for 参考文献 Three—PhaseSwitch—ModeRectifier[J].IEEETram.onIn. (1】袁泽剑,钟彦儒,杨 耕,等.基于空间电压矢量的最小开 dustrialElectronics.1999,46(3):512—515. 78