多电平电压源逆变器降低共模电压的脉宽调制策略的研究 pwm algorithm for multi-level voltage source inverter with reduced common mode voltage.pdfVIP

第32卷第1期 电工电能薪技术 V01．32，No．I 2013年1月 Advanced ofElectrical and Jan．2013 Technology EngineeringEnergy 多电平电压源逆变器降低共模电压的脉宽调制策略的研究 姜卫东，汪正玲，赵 勇，王 非 (合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽合肥230009) 摘要：多电平逆变器因为存在的开关状态多，因此其调制方法也较为复杂。通过选择适当的开关 状态，部分共模电压降低调制方法(PCMVPWM)能将共模电压降低到直流侧电源的1／3，而完全共 模电压消除调制方法(FCMVPWM)能够完全消除共模电压。本文主要揭示了这两种调制方法与基 于载波的脉宽调制的关系并进行仿真比较。最后，在实验室建立的NPC三电平逆变器的原型机上 对算法进行了实验验证，结果表明该调制方法能够有效地降低共模电压。 关键词：多电平；逆变器；共模电压；．脉宽调制 中图分类号：TM464 文献标识码：A ’文章编号：1003-3076(2013)01-0036-07 0 引言 在某些应用场合，例如交流传动中，往往需要降 低共模电压(CMV)，以避免轴电流对于电机的损 坏，并且降低电磁干扰。按文献[1-3]中观点，当电 机采用PWM控制的电压源逆变器供电时，主要有 (a)NPC三电平逆变器电路拓扑 三种共模电流产生。①当润滑油膜被破坏以后，电 SB 机定转子之间等效电容的放电作用；②当轴电流通 路的等效阻抗较低时，共模电压的dv／dt的作用；③ 电机三相零序电流分量导致电机磁通产生三相环 流。 目前，降低共模电压的方法研究主要集中于：① 在逆变器输出端添加有源或者无源共模滤波 器H剖；②采用软开关技术或者改善器件的吸收电 (b)三电平逆变器的空间矢量图 (c)A扇区的空间矢量图 路，从而降低逆变器输出的dv／dt川；③对硬开关电 图1 Ⅳ电平NPCVSI的电路拓扑结构和空间矢量图 Circuit and vectorof 路改变PWM调制策略¨…。因为在工程应用中，往 Fig．1 topology8pace 往要求低成本并且易于实现的解决方案，由于改变 N．1evelNPCVSI PWM调制策略不会增加新的器件，因此改变PWM 每相均可输出三个电平，一共有27个空间矢 调制策略的解决方案最具吸引力。 量，用三维有序数组[￡。，￡。，￡。]表示。考虑到输 1 N-PC三电平逆变器拓扑结构与空间矢量图 出矢量为[￡。+1，￡。+1，L。+1]和[￡．，￡。，工。]，位 于空间矢量图中的同一点，对负载来说效果是一致 图1(a)为NPC三电平逆变器的电路拓扑，每 的，空间矢量图中独立电压矢量个数为19(含零矢 相有四个功率管，分别为S”S：、S”S。，表1给出了 量)，三电平逆变器的空间矢量图如图1(b)所示，空 输出电平与功率管导通之间的关系。 收稿日期：2011-10-13 基金项目：国家自然科学基金资助项目 作者简介：姜卫东(1976．)，男，四川籍，教授，研究方向为电力电子与电力传动； 汪正玲(1985-)，女，安徽籍，硕士研究生，研究方向为新型电机与特种电机。 万方数据 第1期 姜卫东，等：多电平电压源逆变器降低共模电压的脉宽调制策略的研究