[发明专利]适用于多相系统具有共模电压抑制能力的两电平载波移相PWM调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种适用于多相系统具有共模电压(CMV)抑制能力的两电平载波移相PWM调制(CPS-SPWM)方法。

背景技术

在多相电机驱动控制的研究热潮中，诞生了多种多相逆变器的拓扑结构。但在各种类型、不同相数的多相电机驱动场合中，应用最广泛的依旧是传统的电压型两电平拓扑结构。但在其广泛应用中，存在一些显著的负面效应，其中最为典型的、严重的就是高频CMV的问题。

过高的CMV会增大电动机绕组对地的绝缘应力，极易造成绝缘击穿，影响电动机使用寿命；高频CMV会在电动机轴上感生出轴电流，引起轴承的“电蚀”，缩短轴承的寿命；此外，高频CMV产生的高频漏电流不仅会造成EMI，影响电网中其他设备正常工作，还会影响逆变器电力电子电路的安全。因此，研究多相系统CMV的抑制方法具有重要的理论意义和实用价值。

美国学者Kimball曾对三相两电平逆变器采用过类似的载波移相SPWM调制策略，发现了这种调制方法的CMV抑制效果，但是，没有更进一步的从理论上的解释和进行实验验证。同时，之前从调制策略入手抑制多相变换器CMV的研究大多针对的是三电平或多电平的拓扑结构和三相系统，目前还没有针对两电平多相逆变器系统的CMV抑制方法的研究。

发明内容

本发明针对应用最广泛的单端式两电平逆变器，提出了一种能够显著抑制CMV、可以扩展到任意多相系统的载波移相SPWM调制(CPS-SPWM)方法，并经仿真和实验，验证了CPS-SPWM优良的CMV抑制效果。

为实现上述的发明目的，本发明提供一种适用于多相系统具有CMV抑制能力的两电平CPS-SPWM方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，计算第k相调制波u_0(k)；

步骤(2)，计算第k相载波u_c(k)；

步骤(3)，将步骤(1)和步骤(2)所得的第k相调制波u_0(k)和第k相载波u_c(k)进行PWM调制，得到第k相桥臂的PWM控制信号；

步骤(4)，将步骤(3)所得各相PWM控制信号转化为对应功率开关管的驱动信号分别投入到两电平逆变器对应相的功率开关管中，即可实现本发明的目的。

前述的适用于多相系统具有CMV抑制能力的两电平CPS-SPWM方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，第k相调制波u_0(k)的计算方法为：

式中，

M为调制度，可人为设定；

T_max为三角载波幅值，其计算方式如下：

其中f_count、f_switch分别对应为系统采样频率、系统开关频率(载波频率)；

u_k为第k相的调制信号，具体表达式为：

其中f₀为调制波频率，t为系统当前运行时间，为第k相的调制信号相移角度，以对称五相电机为例，其第k相的调制信号相移角度如下：

其他相数的多相系统根据实际情况计算进行移相即可。

前述的适用于多相系统具有CMV抑制能力的两电平CPS-SPWM方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，计算各相三角载波u_c，以第k相为例，首先设置第k相三角载波计数器初始值方法如下式：

式中m代表该系统为m相系统。

系统运行时则按照式(5)方法分别为各相三角载波计数器赋初始值生成对应的三角载波，以此实现对三角载波的移相。

前述的适用于多相系统具有CMV抑制能力的两电平CPS-SPWM方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，由步骤(1)和步骤(2)得出的第k相调制波u_0(k)和第k相载波u_c(k)进行PWM调制，得到第k相桥臂的功率开关管的PWM控制信号。针对于第k相，判断调制波u_0(k)是否大于三角载波为u_c(k)，若是step_(k)＝1，否则step_(k)＝0，此处step_(k)为第k相桥臂的功率开关管的PWM控制信号。