谐波分析的三相SPWM和SVPWM转换器

纳加尔的故事¹Ashok Kumar沙玛²位博士Palwalia²,阿米特·夏尔马¹

M.Tech。学生,EE称,大学工程学院,RTU,哥打,拉贾斯坦邦,印度
大学副教授,EE称,工程,RTU,哥打,拉贾斯坦邦,印度

文摘

脉冲宽度调制(PWM)转换器是常用的,由于功率因数统一操作,降低总谐波失真(THD)在ac电源甚至还提供constant-regulated直流输出电压的波动下交流电压和直流负载。本文包含的谐波分析正弦脉宽调制(SPWM)技术和空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术对三相交流直流转换器使用MATLAB / SIMULINK仿真软件。本文仿真模型对这两种技术在额定负载条件下模拟闭环和谐波分析已经完成使用FFT工具MATLAB的仿真软件。SVPWM变频调速技术的性能分析与功率因数在输入电流谐波存在。SVPWM的有效的技巧,因为更好的性能。

关键字

脉冲宽度调制、正弦脉宽调制、空间矢量PWM功率因数统一,THD, MATLAB。

介绍

交流/直流电源转换器广泛应用在家用电器等各种应用程序,权力转换、直流电机驱动器,可调速交流驱动器、直流传动,电力供应smp和UPS等等。电力电子设计工程师面临的主要问题是关于减少谐波含量低或中等功率的应用程序。通常一个AC-to-DC转换器的输入电压是正弦输入电流是非正弦交流线路即谐波电流的存在。谐波产生负面影响电力系统的运行,因此,越来越关注其生成和控制。谐波功率因数有负面影响。谐波电流的基波分量增加总均方根电流因此谐波会影响电路的功率因数。统一的功率因数,降低谐波电流或低输入电流THD和固定最低脉动的直流输出电压整流器的重要参数。一个脉冲宽度调制(PWM)整流器是所有这些目的,运营与高功率因数在四个象限。脉宽调制是一种非常进步和有用的技术门脉冲的宽度由各种控制机制。PWM整流器主要谐波的频率转移到一个更高的价值,所以他们可以很容易地滤波器谐波通过使用一个小的无源滤波器[1]- [8]。 The PWM rectifier is also known as active front end (AFE) converter. By using advance PWM control techniques such as sinusoidal PWM (SPWM) and space vector PWM (SVPWM), the input current can be made nearly sinusoidal with minimum total harmonic distortion (THD) and unity power factor operation can also be achieved. Space vector modulation utilizes dc bus voltage more efficiently and generates less harmonic distortion in a three phase voltage source rectifier. SVPWM technique is an advanced and possibly the best PWM technique for variable speed drive applications [9]. In this paper MATLAB model of both techniques are simulated at rated load condition and then comparative harmonic analysis in terms of input current THD and input power factor has been done.

正弦脉宽调制(SPWM)

sine-triangle PWM,三相正弦参考针对常见的三角载波调制信号进行比较生成PWM开关闸门触发脉冲的三个阶段。整流器开关频率是由三角波形的频率和载波频率非常高而调制信号的频率。参考信号的频率控制调制指数m, rms Vrms电压和输出电压签证官。每半周期脉冲的数量取决于载波频率。三角波形频率或开关频率控制的速度开关关闭。基本组件的大小和频率的线路侧控制通过改变调制信号的幅度和频率。它很简单,线性0%至78.5%的六个步骤电压值,导致可怜的电压利用率[10]- [13]。正弦脉宽调制转换器的框图,图1所示。一般情况下,三相six-switch PWM提高变换器的控制结构由内部电流的双闭环控制回路和外部电压控制回路。线电感提供储能和允许整流器在增加配置操作。

开关所产生的脉冲电流模式控制方案图2所示。电流型控制方案所需的电流。直流母线电压控制通过对比直流电压测量直流电压的参考。这误差信号通过一个比例积分控制器,然后形成所需的电流幅值参考所有三个内部电流控制循环。当前控制器感官输入电流正弦参考电流和比较。当前振幅参考乘以三正弦模板每个120°阶段分开,形成真正的当前的引用。

功率因数统一操作要求每个正弦参考电压供应阶段各自的阶段。电感电流参考信号测量和比较。误差通过比例积分(PI)控制器提供高增益低频率,但在高频纹波电流的过滤效果。达到设定的PI控制器的常量和试验方法产生一个稳定的系统具有良好的响应。现在,这比三角载波信号来生成所需的脉宽调制信号来控制开关。该技术具有良好的特性,比如实时控制和容易获得驱动信号。优点是实现简单,易于控制等缺点直流环节电压纹波引入了额外的输出纹波、高拉力、低输入功率因数低和中等功率的应用程序。

空间矢量脉宽调制

不同的PWM调制方法是基于电压空间矢量表示的α-β平面。SVPWM,使用循环引用提供了参考电压矢量和大小和频率的基本组件的线路侧控制级和频率分别为参考电压矢量。空间矢量调制(SVM)技术是一种先进的、计算密集的数字PWM技术的目标是生成PWM载重线电压平均等于给定的载重线电压。这样做是在每个采样周期的正确选择开关状态有效的计算期间的VSR和适当的时候使用它们。这是一个更复杂的技术来生成正弦波,它提供了一个更高的电压较低的电机(THD [10] - [14]。

SVPWM整流器的框图,图3所示。这个框图有三个主要的块,固定坐标的估计量,支持向量机信号发生器和转换表。从ac三相流(ia、ib、ic)转换为两阶段电流纵坐标(iα& iβ)。同样,从三相电压转换为两相电压纵坐标用克拉克的转换和余弦值。当前的坐标是余弦电压改变。控制器由外部总线电压调节循环和内部阶段电流调节环。实际总线反馈(Vdc)相比,所需的总线电压(直流ref)和错误(δV = Vdc ref Vdc)通过PI控制器,外层循环生成参考电流的振幅(Im)。静止坐标估计块有两个输入(输入供应和线电流Im)。输入电流电压向量坐标与输入电压dq坐标系和增加电感下降。这些dq电压向量转换为α-β坐标。 The stationary estimator estimates Vα and Vβ. In SVM block, number of the instantaneous sector and the time T1, T2 and T0 are getting from the stationary coordinates Vα and Vβ. The number of sector (Sn) and the required switching time (Tn) select instantaneous firing signal from the switching table [15].

(a)的空间向量或二段式表示三相量[14],[16]:

(1)

,3 = e j2π/

SV技术的目标是与八个空间近似line-modulating信号向量(Vi, i = 0, 2…7) VSRs。有八个开关状态的组合可用于跟踪电压命令(Vref)在六个州是活跃的电压空间矢量(Vi, i = l…6)和两种状态是零电压空间矢量(V0, V7)。例如,调制的PWM序列线路电压矢量位于行业我是图4所示。[17]

T1, T2和Tz相应活动状态的时间间隔V1,分别V2和零状态。然而,如果任意向量之间的调制信号是Vi和Vi + 1,只有最近的两个非零向量(Vi和Vi + 1)和一个零空间向量(Vz = V0或V7)应该被使用。因此,最大载重线电压是最大化和开关频率最小化[18]。

(b)实现空间矢量PWM [14], [16], [19] - [22]:

空间矢量PWM的实现是基于下面的步骤:

步骤1:确定模量指数m和部门Sn数量

空间矢量调制要求模数和部门号码。下面图中实现的数学方程。

(6)

(7)

,fs =基本频率和模量指数ref d m = V ref / Vd。

电压Vref,角α和模数m计算使用上面的方程。怎么显示旋转矢量的位置在一个特定的部门根据角α。

步骤2:确定时间T1, T2, T0

获得所需整流器输入空间电压矢量,传导时间的开关调制。T1, T2和T0部门我(0≤α≤60°)如图5所示,计算通过使用下列方程。

步骤3:确定每个晶体管的开关时间(S1 S6)

开关状态的序列应该确保使用载重线电压特性四分之一波长的对称性,以减少不必要的谐波谱(甚至谐波)。此外,零空间矢量的选择应该以减少开关信号的开关频率和优化。每当启动新的企业形式固定αβ坐标计算定时信号。支持向量机总时间的总和(T1、T2 & T0)实例。这一次实现特定领域Table.2所示。

SVPWM技术是更受欢迎的技术,因为以下优良特性:

•实现相关的多种线性调制PWM自动三次谐波注入,

•具有恒定开关频率较低的价值,因为使用零向量,

•基频带谐波低于常规的PWM或其他基于正弦调制方法,或者优化谐波,

•多15%的输出电压传统调制,即更好地利用直流环节,

•更有效使用直流电源电压,

•减少输入电流THD与功率因数的改进,

•防止un-necessary换向开关就随之降低损失。

的缺点是,它是非常复杂的实现。

仿真和结果

使用MATLAB / SIMULINK仿真已经完成的软件很容易实现。各种参数用于仿真研究:交流输入电压(峰值)= 230 v供电频率= 50 hz额定输出功率= 7.5千瓦(负载电阻= 40Ω,负载电感= 2 mh) = 550 v直流参考电压

(一)正弦脉宽调制

输出直流环节电压从电压和电流测量仪。直流环节和源侧电压和电流波形的变频调速开关频率10 KHz分别在图6和图7所示。

输入电流THD取自POWERGUI块模型。电流源的FFT分析描述在图8所示。源电流的总谐波失真是IEEE标准3.68%满意。输入功率因数计算从仿真软件功能块活跃和无功功率模型。

空间矢量脉宽调制(b)

输出直流环节电压从电压和电流测量仪。直流环节和源侧电压和电流波形的切换频率10 KHz的SVPWM分别图9和图10所示。

输入电流THD取自POWERGUI块模型。电流源的FFT分析描绘在图11。源的THD目前出来2.68%满足IEEE标准。因此,在10 KHz频率非常少在输入电流谐波继续。输入功率因数计算功能块活跃和无功功率所示仿真软件模型。

结论

拟议的工作介绍了谐波分析的SPWM和SVPWM基于三相交流直流PWM变换器。这两种技术模拟使用MATLAB / SIMULUINK软件及其性能比较的输入功率因数和输入电流THD值在额定负载条件下进行谐波分析。从仿真,在额定负载条件下,功率因数得到SVPWM变频调速是0.9972和团结力量因素。官为输入电流谐波分析是通过使用FFT工具在额定负载条件。输入电流THD获得对SVPWM变频调速是3.68%和2.68%。从这些仿真结果得出统一功率因数运行与最小拉力测量获得的SVPWM技术以便SVPWM变频调速相比提供了更好的性能。SVPWM技术无疑是一个进步的SPWM技术的THD源电流降低。

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