PWM驱动电机系统共模电压抑制的分析与研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 8次 | 上传用户:zhongnan85
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脉冲宽度调制技术在变频器中应用广泛,随着开关频率的提高,以及人们对整体控制性能要的要求越来越高,变频器中的一些负面影响也引起了人们的重视。PWM驱动电机系统工作时在电机中性点会产生共模电压,长期作用下,会减少电机寿命,并对其他的设备产生电磁干扰。因此,对共模电压的研究具有十分重要的意义。本文从PWM驱动电机系统在电机三相绕组中性点产生共模电压的原理出发,对共模电压的产生原因、特点以及传输路径做出分析,对已有国内外抑制共模电压的策略进行了调研,由于硬件抑制方法需要增加额外的设备,或拓扑改变需要硬件的再设计,比较麻烦、复杂,软件方法相对具有成本低、避免使原系统复杂以及可移植性高的优点,所以本文主要从软件的角度对这一课题进行了研究。在此基础上,分析了两类典型的无零矢量脉冲宽度调制的方法NSPWM和AZSPWM,通过仿真实现了在仿真软件MATLAB中的搭建。根据两种方法的优缺点以及应用范围,提出了在不同调制区分别采取不同调制方式的策略。针对AZSPWM存在的两相桥臂同时开关时死区引起的共模电压幅值增大的现象,采用基于扩展卡尔曼滤波的方法对死区进行了补偿。从另外一个角度出发,考虑到随机PWM策略可以将谐波能量扩展到宽频率范围,介绍了几类较为成熟的随机PWM调制策略,并通过仿真证明了随机PWM的功能,存在的缺点是虽然谐波能量被分散开,最大谐波幅值有所下降,但对基波幅值、总谐波失真THD等几乎没有改善。本文提出采用遗传算法,以开关频率为染色体对随机载波频率PWM方法进行了优化,通过仿真分析验证了该方法可以有效减小输出电压的总谐波失真THD,并且增强了基波能量。为了验证算法的正确性,以永磁同步电机为例,在MATLAB/Simulink中搭建了 PWM驱动永磁同步电机的模型,用S函数编写了控制算法,实现了新型抑制共模电压策略,并对基于调制区的无零矢量PWM抑制策略进行了实验验证。
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