SPWM逆变电路调制方式阐述及实验教学设计

SPWM(正弦脉冲宽度调制)调制方法作为电力电子技术课程中的重要知识点,对学生理解高频逆变电路的调制原理和掌握后续课程有深远影响。理论课讲解时仅给出了作为调制波的正弦波和作为载波的三角波以及比较后的PWM波形,并根据正弦波半周期内载波和比较后输出PWM波形的极性来判断调制极性。现有实验台双极性SPWM调制实验因设计有箝位环节,学生实验测录到的比较器输出波形只有零或高电平,导致许多学生误判为单极性调制,而正确判断单极性还是双极性应根据逆变器桥臂中点电压的极性或者是加到各开关管的驱动信号逻辑关系。针对此问题,设计了单极性与双极性实现的Matlab仿真图和DSP编程实现的单相全桥逆变电路实验装置。     

三电平变流器多载波PWM控制技术研究

对二极管箝位型和飞跨电容型两种三电平变流器拓扑的多载波PWM(脉冲宽度调制)控制策略进行研究,重点对这两种拓扑结构中存在的中点电位不平衡问题,以及不同拓扑结构所适用的多载波PWM方法,进行了理论分析和论证;通过Matlab/Simulink软件的仿真研究,分析了在不同调制度下输出电压的谐波分布和谐波畸变率,确定了载波层叠法与载波移相法的拓扑结构实用类型,论证了多载波PWM控制策略的实用性和可行性.     

一种新的载波移相脉宽调制策略

分析逆变器常用脉冲宽度调制产生偶次谐波的机理,从调节载波的角度出发,对多电平逆变器中常用的载波移相调制进行改进,提出了一种用于两电平逆变器的新的载波移相脉宽调制策略,通过周期性改变载波相位使输出波形保持半波对称,从而抑制偶次谐波.该策略具有通用性,适用于正弦脉宽调制、空间矢量脉宽调制等多种脉宽调制方式的偶次谐波抑制,且对于单相逆变器和三相逆变器均适用.通过搭建Matlab仿真模型,验证了所提控制策略的正确性和有效性.     

混合级联 H 桥逆变器的改进型调制策略

针对混合级联 H 桥逆变器,在采用混合载波层叠调制策略时,虽可以解决电流倒灌的问题且逆变器输出电 压的波形质量良好,但逆变器的低压单元会出现功率不均问题,提出了一种改进型混合调制策略;以混合级联九电 平逆变器为例,策略的高压单元采用调制波为正弦波的阶梯波调制;将两个低压单元的调制波分别进行调整再对 其进行脉宽调制(PWM),通过 PWM 调制可以得到两个低压单元各自开关元件的脉冲信号,利用该脉冲信号的对 称性对其进行逻辑运算,重新分配低压单元脉冲信号;首先进行仿真分析,对两种调制策略在同一条件下搭建仿真 模型并运行可得出相应的结果,接着进一步对改进型混合调制策略进行实验验证;通过仿真分析和实验验证可以 证明改进型混合调制策略在保留混合载波层叠调制策略优势的基础上,可减少载波,简化了调制过程,使输出电压 达到倍频效果,还可以在 1 / 2 个调制波周期内解决低压单元功率不均问题。     

多电平逆变器的PWM控制技术

目前出现了诸如载波层叠、载波移相、频率优化、消除特定次谐波、空间电压相量等多种优秀的控制策略,但是针对特定的电路拓扑,需要根据电路的拓扑结构、开关器件的类型、工作频率、输出电压的指标等因素综合考虑选用或设计最适合的控制策略。一、三角载波层叠SPWM控制三角载波层叠SPWM控制法是从两电平H桥的单极性调制方法发展而来的,在m电平的变流器中,由（m-1）组频率和幅值相同的三角载波分成两层上下层叠,且两组三角载波对称地分布于水平中线两侧,以水平中线作为参考零线,与共同的调制波相交,通过调制比较产生互补的开关信号,触发相应的开关器件。这种调制策略根据三角载波的相位不同,可以派生出三种不同的形式：同相层叠PWM法、正负反相层叠式PWM法,交替反相层叠PWM法。     

SPWM数字化自然采样法的谐波仿真分析

根据SPWM（Sinusoidal PWM）数字化自然采样法的基本原理，利用MATLAB软件对其进行谐波仿真分析．通过改变调制度、载波比和采样频率3个参数的大小，得出数字化自然采样法的频谱分布情况，并验证了数字化自然采样法输出波形中附加的一个直流分量．当采样频率比较高时，数字化自然采样法的频谱分布与自然采样法的频谱分布类似．通过对3种采样法的基波幅值和输出电压总谐波失真度（THD）的仿真比较，得出当载波比较小时，数字化自然采样法的调制效果明显优于规则采样法的调制效果，而与自然采样法的调制效果比较接近；当载波比增大时，三者的调制效果趋于一致．     

基于载波移相调制的MMC控制策略研究及仿真

为研究模块化多电平换流器(MMC)的控制策略,首先介绍了MMC的拓扑结构及其基本工作原理,在对比其他调制策略的基础上,综合考虑该新型换流器的结构特点以及需要实现的电平数,选取了载波移相正弦脉宽调制策略(carrier phase-shifted PWM,CPS-PWM);接着根据子模块能量均分和电压均衡两种原则,针对载波移相调制策略,选择了一种子模块电容均压策略,以确保子模块电压稳定在同一水平;最后通过仿真结果验证所设计的控制策略的有效性。     

五相空间矢量PWM技术

为了突破功率元器件对三相异步电机变频调速系统容量的限制,通过对三相异步电机相数的扩展得到了多相异步电机．在三相空间矢量脉冲宽度调制(PWM)的基础上,提出一种适用于五相异步电机变频调速系统的五相空间矢量PWM控制技术和调制方法．通过Matlab／Simulink进行计算机仿真,得到较高的电压调制比和良好的电流波形．五相空间矢量PWM技术可以应用到五相异步电机变频调速系统中,并能够提供较好的控制性能。     

基于载波实现的多电平SVPWM调制策略

为了降低多电平电压空间矢量调制(SVPWM)在实际应用中的复杂性,改善多电平变换系统的实时性.通过结合载波移相和载波层叠两种调制策略的优点,提出一种基于载波实现多电平SVPWM调制策略,不仅能够提高直流利用率,减小输出电压谐波成分,而且能大幅改善算法的计算复杂度,并且计算量不会随着电平数的增多而增加,因此可以方便扩展至任意电平.此外,新的调制策略可以保证单元箱之间的功率均衡,维持现有多电平结构中模块化的优点.最后,通过仿真和实验,验证了本文提出调制策略的有效性.     

混合型模块化多电平换流器的改进载波移相控制策略

基于半桥子模块和全桥子模块组成的子模块混合型模块化多电平换流器桥臂不仅具备直流侧故障自愈能力,而且具有更高的设备利用率和更低的功率损耗特性,提出一种适用于换流器输出电平数较少的该类子模块混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的改进载波移相控制策略。该控制策略将载波移相调制和基于排序的传统子模块电容电压均衡方法相结合,采用附加控制器维持半桥和全桥子模块阀段间电压平衡,并在PSCAD/EMTDC中搭建子模块混合型MMC仿真模型。研究结果表明:所提出的改进载波移相控制策略是可行和有效的,采用附加控制器可维持半桥和全桥子模块阀段间电压平衡,有效避免最近电平逼近调制(nearest level modulation,NLM)应用于电平数较少换流器带来的谐波问题,提高波形质量,适用于子模块数量较少的低电压场合。     

一种改进均压算法的MMC复合调制策略

针对最近电平调制策略在电压等级不高且电平数目较少情况下产生的阶梯波在逼近正弦调制波时存在较大拟合误差的问题,提出了一种复合调制策略;首先采集NLM产生的阶梯波与调制信号之间的误差作为阶梯调制信号;然后结合载波调制原理,将阶梯调制信号与幅值相等、相位依次偏移的三角载波信号比较,基于面积等效原理产生一组PWM脉宽调制信号;最后将其与阶梯波信号叠加,最终形成驱动信号;同时改进了传统均压算法来降低系统的开关频率;通过Simulink中搭建的MMC仿真验证,复合调制下既保证了输出电压波形质量,也降低了系统开关损耗和电流总畸变率,而且改进的均压算法对子模块电容电压波动情况能够有效抑制,提高了MMC系统转化效率。     

三相无功补偿器PWM波的谐波分析

分析了三相无功补偿ＰＷＭ波的谐波，并导出了谐波计算公式，用计算机辅助分析对不同载波比、调制度下的谐波进行了研究，得出最佳ＰＷＭ控制方式。     

基于SPWM的SVPWM算法

传统的SVPWM算法中存在大量的三角函数和求根运算,不利于数字信号处理器的实时运算。为此提出了一种基于SPWM算法的SVPWM算法,将SVPWM像SPWM那样找出其隐含的调制函数,采用SPWM中调制波与载波相比的规则采样思路,在静止坐标系下直接查表得到每个参考电压矢量所对应的三相调制波的函数值。进而得到每相电压在一个PWM周期中的占空比,有利于数字化的实现。经过Matlab仿真证实隐含调制函数的波形。     

超低纹波PWM编码技术分析

传统PWM(pulse width modulation)技术的不足之处是会产生纹波脉冲,对其他电路产生干扰。这对很多精度要求比较高的应用场合是非常不利的。一种基于脉冲编码的数字PWM方案,可以大幅度降低输出纹波的强度,可表述为:将PWM脉冲序列均匀的分布到整个PWM周期之中,最理想的情况是达到单个脉冲的程度。理论上PWM输出纹波与PWM信号各次谐波幅值具有很强的正相关关系,其中基波与二次谐波的所产生的纹波最为显著。深入的分析表明,这种编码映射方法可以将这2项均降低到数字PWM信号最低极限数量级。初步实验表明,这种技术的效果非常显著。     

基于FPGA的正弦波PWM信号发生器的设计

采用Altera公司的Cyclone系列FPGA为数字平台,利用Quartus II6.0已有的模块在FPGA中设计出了PWM信号发生器,整个系统可以实现频率、幅度均可调的信号输出。在产生某一频率信号时,让采样脉冲的周期保持不变,在每一个采样周期内改变一次占空比,改变的规律按正弦表变化;在产生高低不同频率的信号时,为了降低对滤波电路的复杂度,采用插空法使得输出的PWM波频率恒定。经过验证,设计系统的输出信号具有以下特点:稳定性和平滑性均较好,相比传统的信号产生方式,具有较高的频率分辨率,且易于实现频率幅度的数控调制,输出信号频率在1 Hz～1 MHz可调。     

基于FPGA的全数字化移相PWM控制器设计

移相脉宽调制在大功率开关电源控制中有着广泛的应用.本文介绍了一种新型的基于FPGA的全数字化移相脉宽调制控制器,并使用VHDL语言和有限状态机法设计了控制器中DPWM、ADC等多个模块.最后通过一台500W/48V样机对设计的控制器进行可行性实验验证,结果表明该数字控制器能实现预订的功能以及零电压软开关,效率达到91%.此方法设计的移相脉宽调制器的特点是能实现开关电源控制的全数字化.     

基于对称优化的SVPWM双闭环逆变器

为了使逆变器输出电压为谐波含量很小的正弦波,并获得较高的直流母线电压利用率,在控制策略上选择了电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）,并利用空间矢量对称性对计算过程进行了简单优化.为了获得稳定的输出电压波形,本文应用了电压电流双闭环控制的PWM三相逆变器,输出电压和输出电流分别通过电压外环和电流内环实现稳定控制.这种控制方法有效改善了系统的抗干扰能力和动态响应.MATLAB的仿真结果证明了该控制方法的正确性和高效性.     

载波反相三角波比较电流跟踪PWM控制法

本文提出了一种新的电流跟踪PWM控制法,即载波反相三角波比较电流跟踪PWM控制法（CR—PWM）,详细解释了CR—PWM控制法的工作原理,并通过与传统三角波比较法及滞环控制法的比较,显示出CR-PWM控制法的优点。通过仿真证明了CR-PWM控制法能消除制约当前电流控制型逆变器发展的瓶颈。     

适用于光伏发电系统的混合级联式逆变器

为了适应光伏发电系统中对于高效率逆变器的需要,提出了一种基于MOSFET和IGBT的改进型单相混合级联式逆变器,其由3个H桥逆变器输出串联组成,直流侧相互独立,电压取值满足1:2:4的关系.其中,高压H桥和中压H桥由IGBT构成,而低压H桥由MOSFET构成.上述混合级联式逆变器结构可以在较低的开关频率下实现交流侧多电...