论文单极性弱倍频SPWM逆变器控制技术是关于本文可作为相关专业倍频论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文基频和倍频论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
摘 要：单极性倍频正弦脉宽调制（sinusoidal pulse width modulation,SPWM）驱动波半周内的矩形脉冲数为偶数（倍数）.该驱动方法在输出电压波形对应基波电压峰值的部分有一个最小的关断脉冲,当系统高功率因数时,会产生很大的损耗.针对这一问题,考虑取消在输出电压波形对应基波电压峰值处的最小关断脉冲,使驱动波半周内的矩形脉冲数为奇数,形成单极性弱倍频SPWM控制的新方法.根据现有的SPWM控制方法,建立了逆变器仿真模型,分析了单极性弱倍频控制下逆变器输出电压的谐波含量和开关器件的损耗.在理论和仿真分析的基础上搭建了硬件平台,实验验证该方法相比单极性倍频SPWM在保持谐波总合量基本不变的情况下,降低了开关损耗实验的结果表明在新的控制方式下逆变器效率提升1.6%-2.0%.
关键词：逆变器；效率；SPWM；谐波含量；MOSFET损耗；单极性弱倍频
DOI：10.15938/j.emc.2016.02.001
中图分类号：TM 464
文献标志码：A
文章编号：1007-449X（2016）02-0001-07
0 引言
在逆变电路中,绝大部分都是PWM或SPWM型逆变电路.随着逆变器载波频率的增加,开关器件的损耗也急剧上升.高开关频率的SPWM逆变器主要限制之一即为开关器件损耗.为降低逆变器开关器件的损耗,人们进行了大量的研究工作.超声波换能器驱动电路其基波是在20-40kHz左右的频带下工作.在超声波逆变电路应用SPWM驱动,在减小输出电压谐波的同时,如何设法降低逆变器的开关损耗是不得不考虑的问题.
单极性倍频SPWM在逆变桥开关频率不变的情况下,只需适当安排逆变器件的控制脉冲时序,就可以增加输出电压的频率,缓和谐波抑制和开关频率提高之间的矛盾.因此单极性倍频SPWM控制方式是一种很有实用价值的技术.关于单极性倍频SPWM逆变器已经有了大量的研究和应用.
JIAN L等以单极性倍频调制的单相逆变器为例分析了频率混叠在逆变器数字控制中造成低频谐波等影响.王长永等在采用半波倍频SPWM驱动方式下提出一种新的有源电力滤波器,其特点是没有直通隐患,可靠性高,无需设置死区,补偿性能好.李建林等对周期载波频率下输出不同模式电压的SP-WM逆变器频谱进行了理论分析.提出了一种载波频率双调制的新原理.从而达到更好的抑制干扰的效果.这些研究主要侧重在抑制逆变器的谐波和稳定性.在驱动方法上鲜见有相关报道.
如果能在单极性倍频SPWM的基础上,研究新的驱动策略,在保证其现有优势的情况下进一步降低开关器件的损耗,将会对逆变器的发展有重要意义.本文在单极性倍频SPWM基础提出了单极性弱倍频SPWM控制方法,阐述了单极性弱倍频SP-WM工作原理并对该控制方法下的逆变器开关器件的损耗进行了分析计算.最后基于20kHz的逆变电路通过仿真和实验验证了该驱动方法的正确性和可行性.结果表明和单极性倍频SPWM相比,此方法在保持谐波总含量基本不变的情况下,减少了开关管的开关次数,降低了开关损耗,对改善器件的发热和逆变器效率的提高有重要意义.
1 单极性弱倍频SPWM
单极性倍频SPWM调制技术具有输出波形谐波抑制能力好,脉动频率高而开关管的开关频率相对于单极性SPWM并不增加等优势.图1所示为单极性倍频SPWM驱动波形和输出电压波形.
王立乔等的分析指出,输出电压周期的矩形脉冲数为偶数2N和奇数（2N-1）的输出电压的总谐波失真（total harmonic distortion,THD）是几乎相等的.而输出电压半波的矩形脉冲数越少,开关器件的损耗也就越小.因此在单极性SPWM逆变中,输出电压半周内的矩形脉冲数通常为奇数.单极性倍频SPWM是在单极性SPWM基础上发展起来的,既然是倍频,其输出电压波形半周期内的矩形脉冲数是偶数如图1所示.
在图1中虚线圈中的是单极性倍频SPWM在半周期中间处存在的最小关断脉冲.不等宽序列脉冲形造成了每周期正弦量内单个脉冲的占空度差异,在正弦量换向过零点左右近旁的两个脉冲具有最小的占空比,这利于减小对负载及滤波器件的冲击和损耗.继而正弦函数值逐渐递增的负载电流抵达峰值时,则由大占空比脉冲提供大电流以满足功率需求,这一规律也利于提高输出功率、综合效率和改善系统的整体性能.而图1中虚线圈中最小的关断时问不利于功率器件的关断特性.
由于电力电子器件的非理想导通特性,当电流流过时,必产生损耗,电流越大则损耗也越大.当逆变器运行时,若电流处于绝对值最大时无开关动作,则能有效地降低开关损耗.如果逆变器工作在高功率因数条件下,正弦波电压的峰值和电流的峰值的相位接近.在这种情况下,在图1所示正弦波电压峰值处进行开通关断会产生较大的损耗.也会对负载造成冲击并导致负载特性的不稳定或漂移,加重滤波器件的负担.在高频化和大功率电力变换场合,装置内部急剧的电流变化,也使器件承受很大的电磁应力.
基于以上分析,尝试在单极性倍频SPWM基础上将半周期内的矩形脉冲数由偶数（2N）改变为奇数（2N-1）,形成了单极性弱倍频SPWM控制方法.单极性弱倍频输出波形和单极性SPWM相同,但其驱动脉冲类似于单极性倍频SPWM.
单极性弱倍频SPWM采用和倍频方式类似的控制方式,相同的逆变电路拓扑结构,如图2所示.其工作原理如下,Q1,Q4同时导通或者Q2,Q3同时导通时,负载电压即为直流母线电压；Q1,Q3同时导通或者Q2,Q4同时导通时,负载电压为零.其控制波形和输出波形如图3所示.
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参考文献：
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