三电平逆变器自产生以来很快就得到了广泛应用,改善它的输出波形一直是国内外学者研究的主要方向,而电压源型逆变器的输出特性与逆变器所采用器件的开关频率有关,其中脉宽调制PWM技术就可以改变开关频率获得很好的正弦输出波形,PWM调制技术输出开关频率恒定,输出的电流谐波小,限定的谐波电流频谱特性等优点,可以说直到目前为止,PWM在各种应用场合仍占主导地位,并一直是人们研究的热点。在近二十年中,人们对二电平逆变器研究出了多种WPM调制控制方案。PWM技术不仅适应于常规的两电平逆变器,对三电平而言,仍然行之有效。本文的重点内容是研究三电平逆变器的调制策略。目前,三电平逆变器的P翎控制技术概括起来主要有两类:一是基于开环控制的三电平逆变器WPM控制技术,其中应用广泛的有正弦SP翎、空间矢tSVP双开环控制等 。

基于开环控制的三电平逆变器PWM调制策略

由于开环PWM调制具有很多优点:开关频率恒定、限定的谐波频谱、优化的开关模式、实用化的直流环节等,可以同时实现变频变压反抑制谐波等作用,因此三电平逆变器使用开环控制的WPM调制策略比较普遍,如正弦SPWM、空间矢量SVPWM开环控制 。

正弦波PWM是最通俗易懂的一种调制方式,又称为相电压控制法,给定的标准正弦信号波U’和三角载波玲进行比较,在两波形相交时进行脉宽切换,经过正弦SwPM开环调制后,产生一定频率且具有一定脉宽的开关信号(S。、.bss。),再驱动三电平逆变器的开关器件,产生输出信号。该方法具有简单,直观等优点,此外,由于输出波形由方波改进为PWM波,减少了低次谐波,从而解决了电动机在低频区的转矩脉动问题,也降低了电动机的谐波损耗和噪声 。

和三电平逆变器的正弦SwPM调制方法不一样的是,空间矢量SvWPM(又叫磁链跟踪wPM)调制策略是从电机的角度出发,把逆变器和电动机视为一体,以三相对称正弦波电压供电时交流电动机理想的圆形磁场为基准,用逆变器不同开关模式所产生的实际磁链矢t来跟踪基准磁链园,由跟踪结果决定逆变器的开关模式,形成P双波基于开环控制的三电平逆变器的空间矢量SPy烈控制器结构图。空间矢量PWM技术以其电压利用率高、控制算法简单、电流谐波小等特点在交流调速系统中得到了越来越多的应用 。

基于电流闭环的三电平逆变器WM控制结构

交流电机的控制性能主要取决于转矩或者电流的控制质量(在磁通恒定的条件下,为了满足电机控制良好的动态响应,并在极低转速下亦能平稳运转这一要求,经常采用电流的闭环控制,即基于电流闭环的三电平逆变器wPM控制策略,以提高动态负载下的电压控制精度和稳定度,同时也一定程度上求得电流波形的改善。它具有的特点:控制方式简单、动态响应快、具有内在的电流限制能力以及电压利用率高。可以说它同时具有电压和电流控制型逆变器的优点。目前实现电流闭环PWM调制的方法很多,大致有滞环电流PWM控制、线性电流PWM控制、预测电流PWM控制几种 。

滞环电流控制器的主要任务是控制负载端的实际电流,让它能以最小的误差跟踪参考电流指令信号。设滞环比较器的环宽为h2。滞环控制方案是基于三电平滞环比较器的非线性、闭环控制方法。当输入到滞环比较器的信号超过了规定的滞环环宽时,直接产生变换器开关的动作信号。由于该控制器结构简单、算法简单、实现简单,特别重要的一点是它对负载参数的鲁棒性好,不需要知道参数的任何信息,因此,它是最常见、也是应用最为广泛的一种电流控制方法。滞环电流控制经常在逆变器、无功补偿装置等需要控制电流的场合中应用 。

三电平逆变器线性电流PWM控制器可以分离成误差补偿和PWM调制两大部分。在线性电流PWM控制器中,斜波比较器是最基本、最常见的一种控制结构。这种控制器采用的是线性、闭环控制方法 。

控制器中有3个独立的补偿电流误差的PI调节器,电流误差通过PI控制器产生电压控制信号。经wPM调制器处理后得到驱动开关动作的开关信号。在该方案中输出电流的脉动经反馈回到了输入端,并对开关的后续驱动信号产生直接的影响。PI调节器的比例参数凡的增大可以减小电流脉动,而积分参数石的改变能控制输出电流的低频特性。P份M调制算法可采用SPWM、SVPWM等调制方法。若采用的是SPWM方法,加入载波信号的斜率一定不能小于PI调节器的输出信号的斜率,这时开关频率即为恒定的载频 。