基于三相PWM整流器的无死区空间矢量调制策略精.docx
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基于三相PWM整流器的无死区空间矢量调制策略精
第21卷第11期2001年11月
中国电机工程学报
Proc∞如95o“heCsEE
V0l2lNo11Nov.200l
@200lchin.socforEkcEng
文章编号:
0258—8013(2001)11.0100—05
基于三相PwM整流器的无死区空间矢量调制策略
毛鸿,吴兆麟
(浙江大学电力电子技术国家专业实验室,浙江杭州310027)
THENON.DEAD.TIMESPACE-VECTOR.MoDULATIoNSTRATEGY
BASED0NTHREB-PHASE
PWMRECTlFIEI峪
MAoH。
ng,WUZh0_lin
(Zhej.衄ngUlIive墙ity,Harlgzh。
u310027,China)
A】塔nLACT.C∞lp“ng画血n0廿nalspace_vect甜modulati∞
在分析了电压型整流器换流过程的基础上提出了电压型整流器的无死区控制策略.改善了这类变换器的工作性能。
并与分区零矢量svM的调制方式相结合.提出了无死区的分区零矢量不连续svM控制策略。
实验结果证实了所提控制策略的可行性及其在改善相应PwM变换效率方面的优越性。
关t调:
空间矢量调制;无死区控制;三相PwM整流器中圈分娄号:
TN301
文献标识码:
A
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l引言
空间矢量调制(SvM)【1卫J具有直流电压利用率高、数字实现容易等优点。
常规的空闻矢量调制模式,器件的开关频率等于采样频率,通常将其定义为连续空间矢量调制。
对于不连续空间矢量调制12'3]。
器件的平均开关频率为采样频率的2/3倍,这有利于降低变换器的开关损耗。
针对死区设置引起的输出电压谐波含量增加、电压利用率和可靠性降低等弊端,文[4】提出1种无死区控制方法。
该方法除可以消除死区设置带来的负面影响外.还可以避免IGBT拖尾引起的直通损耗.有利于变换器效率的提高。
本文根据零矢量的安排模式.将不连续空间矢量调制分为单一零矢量svM和分区零矢量svl喝并用扇区任意旋转的概念概括了具有普遍意义的分区零矢量svM。
在对各种不连续s、,M的实现原理、不开关区域范围、开关损耗降低比例等分析的基础上.本文提出基于三相PwM整流器的无死区零矢量分区svM控制策略。
实验结果验证了控制策略的可行性以及在降低变换器损耗方面的优越性。
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摘要:
与常规的连续空闻矢量调制(svM)相比.不连续空间矢量调制可使器件的平均频率低于采样频率.固而可降低变换器的开关损耗。
该文分析了不连续svM二种形式——单一零矢量svM和分区零矢量的工作原理、实现方式及开关损耗的计算方怯。
这种不连续svM可使平均开关频率降低约1/3。
通常电压型PwM变换器上下桥臂问的换汽死区不仅增加谐波音量,并降低了电压利用宰和可靠性。
该文
万方数据
第1l期毛鸿等:
基于三相PwM整流器的无死区空间矢量调制策略1012空间电压矢量与空间矢量调制假设给定的电压空间矢量u:
位于图2(a)的女
扇区,矢量仉、巩+1为与u;相邻的非零矢量,则
三相电压型PwM整流器的开关等效电路图如u:
可以甩空间电压矢量u¨巩+1合成图1所示,定义三相开关函数s:
、si、s?
:
1
(3)
.
582』lsap导通+fls吣导通u;=}(巩n+仉+1n+1)
Io韪。
导通56210%。
导通式中L和n+。
是分别为矢量仉、仉+-的作用时沓伫羹兰间;n为采样周期。
零矢量的作用时间To为“【Os。
。
导通(1)…n=R—n—B+1(4)整流器三相输入电压可以用三相开关函数的8常规svM将时间T。
平均分配给零矢量uo种组合表示,根据Park变换,三相电压可以表示成和u,,1个采样周期对应有6次开关动作。
扇区I8个离散的空间电压矢量:
(±=1)的开关序列如图2(b)所示,开关顺序为:
%={≯。
”棚=’…’6㈦000—100—1lO—111—111—110.100.0()0。
3不连续空间矢量调制
式中零矢量uo和u7位于六边形的中心,其余6如果在1个采样周期只插入1种零矢量.1个个矢量在空间上两两互差60’。
构成正六边形的6个采样周期内的开关次数将从6次减为4次,开关频顶点.如图2(a)所示。
率降低1/3。
这包含两种情况,一种是在矢量空间
的每个扇区都插入同一种零矢量(uo或u,),本文
称为单一零矢量svM;另一种是在不同的扇区(扇
区可任意划分)交替安排u。
和u7两种零矢量,本
文称为分区零矢量svM。
3.1单一零矢量svM
单一零矢量svM有两种方式,一种是插入
uo,一种是插入u7,本文分别称为uo方式和u7
图l三相电压型PwM整流罄的开关等散圈
啦.1m州v岫I呻d啊0fth№方式。
图3(a)示出了U0方式和u7方式对应的Aph斟ev砷【_ge_∞ur雌PwM硎mr相桥臂在时域的不开关区域(阴影部分),“,。
为整流
器输入电压基波.i。
为整流器输入电流。
整流器输
玑’入电压超前输入电流口角。
根据估算,u,方式降低的开关损耗比倒为
‘“10D)P%={产={1j:
:
|sill(z—p)№(5)
fSW’3u
对于单位功率因数PwM整流器,I口『<30‘一
般成立[4],由式(5)可得单一零矢量降低开关损耗
(吣空间电压矢量图的幅度范围为:
37.5%<D%<43.3%。
注意到正弦
波的对称性,式(5)的估算结果对uo方式也适用。
蹭3.2分区零矢量svM
对将矢量空间分成图4(a)所示的6个扇区,其中
带阴影的扇区插入零矢量E,,,其余扇区插入零矢量
对u。
。
当0<口<304时,给定空间矢量通过矢量uI、
u2和u7合成,开关时序如图4(b)所示,在该区间
嘞扇区I的开关时序图s?
=1.A相桥臂在该30。
区域无开关动作。
田2空问矢量调制原理
Fk.21k坤吲m仰一ⅣI肿IpIeof空间扇区的戈崂不是唯一的,为了得到具有普叩●O}v雠tOr即m叫_廿吼遍意义的零矢量分区方法,假设圈4(a)所示的6个
万 方数据
中国电机工程学报第21卷
扇区可以自由旋转(8个空间电压矢量的位置保持不变),假设扇区逆时针转过的角度为。
,对任意的。
值,对应可以得到任意的扇区划分模式。
图3(b)示出了扇区逆时针旋转过程中,A相桥臂不开关区域的变化过程,当n=120。
时不开关区域开始重复,因此扇区划分的有效旋转角度为120。
。
对。
=0对应的零矢量分区SVM模式,当I口I≤60。
时,开关损耗降低的比例为
D%
镑2掳sin卜川az㈤
对单位功率因数PwM整流器,口l<30。
一般成立,开关损耗降低的范围为433%<p%≤50%。
调整分区模式使a=口成立,不开关区域将位于电流峰值的60。
区间,开关损耗的降低理论上可以达50%,本文将这种svM模式称为最优分区零矢量SVM。
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30。
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励%方式励
(丑)单一零矢量sⅧ
4无死区控制策略‘4]
对电压型PwM变换器,当输入电流流进桥臂时.上下桥臂的换流在上桥臂的二极管和下桥臂的
’
鞠,『卜
}Z砑
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功率管之间进行,此时上桥臂的功率管没有起作用,因此可以将其驱动信号封锁,这样下桥臂功率管的驱动信号就没有必要设置死区了。
同理。
当输入电流流出桥臂时.上下臂的换流在上桥臂功率管和下桥臂的二极管之间进行,可以将下桥臂功率管的驱动信号封锁,上桥臂功率管的驱动信号也没有必要加入死区。
通过对输入电流极性的检测可以生成上、下桥臂功率管的封锁信号。
对带电流环的PwM整流器.电流信号极性的检测几乎不增加硬件成本。
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田3不连续svM的不开关区域f阴影部分)
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F毡.3
5无死区的分区零矢量svM控制策略
无死区的分区零矢量svM控制原理如图5所示。
采用最优分区零矢量svM,桥臂不开关区域位于输入电流(正负)峰值的2个60。
区间。
图中,s二’、s占‘为S、,M调制输出的2路互补驱动信号,
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仉唧1)\
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仉(1唧
阴影部分代表高频脉冲;s:
1、s二分别为上下桥臂的
封锁信号(高电平选通,低电平封锁)。
上下桥臂最
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万方数据
104
中国电机工程学报
第2l卷
…Ⅲ鎏皇鎏尝量霎型兰燃:
桩枞们皿蝴7结论
迅速增加是由过调制引起的。
75
(1)不连续空间矢量调制可以有效地降低PwM整流器的开关损耗。
(2)无死区控制可以避免死区设置的负面影响,同时可以提高PwM整流器的效率。
(3)无死区的最优分区零矢量SvM是PwM
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130
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整流器在定频调制模式下.开关损耗最小,开关管受控时间最短的一种svM策略。
该控制策略在保证PwM整流器输入电流指标的同时,较大幅度地提高了整流器的变换效率。
{o无死区的军矢量分区sⅧ.
②无死区常规svM,@有死区常规svM)围8
3种控制策略辅人电流THD%对比
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三者的效率分别为95.7%、96.O%、96.6%,其中,无死区的零矢量分区S、,M最高。
常规svM无死区控制比有死区控制效率略高,主要原因是无死区控制完全避免了IGBT拖尾引起的直通损耗。
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浙江大学(H札口h伽:
zb面i衄gun|versj竹).2000
70
90
110
130
1,oW
收稿日期:
2000.07.03;馥国日期:
2∞o.11—15。
作者简介:
毛鸿(1969.).男,博士,专业为电力电于与电力传动;
吴兆一(1937.),男.教授.博士生导师,从事电力电子技术方面的教学与科研工作。
(①无死区的零矢量分区svM;@无死区常规svM;o有死区常规svM)
圉,3种控创方式的效率对比
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(责任编辑韩蕾)
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【上接第9'页伽th呻dfI砌p姆")
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M啦h蚰kdIrId呲盯Pre骚),1982.2靳一290
收鞋日期:
20肿_06.22;改同B期:
2000.09.n。
作者篱开;
刘福国(1969一).男,工学硬士.工程师,从事新机组调试、技术改造和监督服务等专业技术工作j
阜春华(1965一)。
男.工程师。
从事检●管曩工作。
【4]
业力发电厂汽水管道应力计算技术规定(蚴6—78)
(cl-lcm吐ion
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h叫p。
帆rphnt)【s】.北京}水利电力出版社(B曲mg.w址州
R髑c删&E1e吐ric№Pr啪),197B.24—31.
(责任编辑贾瑞君)
万方数据
基于三相PWM整流器的无死区空间矢量调制策略
作者:
作者单位:
刊名:
英文刊名:
年,卷(期):
被引用次数:
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31.陈映晖三相高功率因数校正
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