《SPWM逆变器的谐波分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SPWM逆变器的谐波分析（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、西 安 矿 业 学 院 学 报年 第 期 ,泣 二 二 一 二 一 一 一 二 二 一 一 二一 二一 二一二 ,一 逆 变 器 的 谐 波 分 析刘 丛 立电 气 工 程 系摘 要 讨 论 了 逆 变 器 的 谐 波 分 析 方 法 , 导 出 了 采 用 规 则 采 样 法 的 逆 变器 的 谐 波 计 算 公 式 , 利 用 计 算 机 辅 助 分 析 研 究 了 谐 波 的 频 谱 分 布 规 律 及 频 比 和 调 制度 对 谐 波 的 影 响 等 。 定 量 分 析 结 果 显 示 , 逆 变 器 在 须 比 及 其 整 数 倍 处 形 成 谐波 边 带 , 远 离 须 比 及 其
2、 整 数 倍 的 低 次 谐 波 数 值 接 近 为 零 , 而 与 之 同 次 数 和 附 近 的谐 波 幅 值 却 很 大 。 应 根 据 所 研 究 结 果 来 确 定 频 比 , 以 使 可 忽 略 的 低 次 谐 波 范 围 满 足要 求 。关 键 词 逆 变 器 , 谐 波 分 析 , 计 算 机 辅 助 分 析引 言半 导 体 静 止 式 逆 变 器 在 现 代 工 业 、 国 防 及 科 学 研 究 等 领 域 的 应 用 日 益 广 泛 , 它 对 电 力 系统 所 产 生 的 谐 波 污 染 问 题 也 日 益 严 重 。 为 此 , 现 代 逆 变 器 均 采 用 各 种
3、 控 制 方 法 , 其中 , 正 弦 方 法 使 用 最 广 , 有 特 殊 的 研 究 意 义 。采 用 方 法 可 以 降 低 逆 变 器 输 出 波 形 中 的 低 次 谐 波 含 量 , 但 并 不 能 消 除 所 有 谐 波 成份 , 与 方 波 逆 变 器 相 比 , 某 些 次 数 的 谐 波 成 份 甚 至 会 增 大 , 因 此 , 对 它 的 谐 波 进 行 定 量 分 析是 有 意 义 的 。波 形 的 谐 波 分 析 是 相 当 繁 杂 的 , 在 具 体 计 算 时 , 首 先 需 要 知 道 每 一 个 开 关 点 的 具体 位 置 。 由 于 现 代 逆 变 器
4、 中 普 遍 采 用 微 机 产 生 控 制 波 , 开 关 切 换 点 又 与 波的 调 制 方 式 及 微 机 产 生 波 时 所 使 用 的 采 样 方 式 有 关 , 因 此 , 谐 波 分 析 必 须 在 特 定 的 情 况下 进 行 。严 格 地 说 , 如 果 考 虑 实 际 逆 变 器 中 开 关 死 时 的 影 响 , 其 分 析 相 当 复 杂 。 因 此 , 下 面的 分 析 将 不 考 虑 开 关 死 时 的 影 响 , 在 开 关 须 率 不 是 特 另 高 的 情 况 下 , 差 另 不 大 。谐 波 表 达 式 推 导逆 变 器 谐 波 分 析 的 一 般 公 式
5、 推 导 “ “图 是 逆 变 器 的 主 电 路 简 图 , , 、 。 个 开 关 元 件 分 别 接 受 控 制 信 号 。逆 变 器 输 出 到 负 载 的 电 压 波 形 并 非 开 关 元 件 的 控 制 波 形 , 它 们 之 间 存 在 着 固 定 的 关 系 。本 文 年 月 日 收 到西 安 矿 业 学为 分 析 方 便 , 假 设 直 流 环 节 电 压 存 在 一中 点 , 以 相 为 例 , 当 导 通 , 关 断 时 ,相 输 出 点 与 点 之 间 的 电 压 为而 当 导 通 , , 关 断 时 , 。 、 二 、 。, 两 相 也 是 如 此 。 这 就 是
6、说 , 如 果 忽 略开 关 元 件 的 开 关 时 间 , 那 么 , , 之 间 的电 压 波 形 人 。 与 相 的 控 制 波 形 完 全 相 同 ,同 理 , 。 。 和 。 分 别 与 相 和 相 的 控 制 波形 相 同 。 因 此 , 可 以 首 先 根 据 控 制 波 形 来 得院 学 报 年本本本图 逆 变 器 主 电 路 简出 。 。 , 。 。 和 。 。 个 电 压 波 形 , 然 后 利 用 下 式 求 出 逆 变 器 的 输 出 线 电 压称 份 多 。 一 扮翻 左 一 公翻 人 份 。 一 叙 八 。根 据 上 式 , 便 可 利 用 逆 变 器 的 控 制
7、波 形 来 分 析 其 输 出 波 形 。逆 变 器 可 以 采 用 单 极 性 和 双 极 性 两 种 工 作 方 式 , 本 文 研 究 的 是 使 用 较 多 的 双 极 性逆 变 器 。的 控 制 波 形 如 图 所 示 , 不 妨 设 其 为 相 的 控 制 波 , 对 于 双 圾 性 逆 变 器 , 当控 制 信 号 为 高 一 电 平 时 , 图 中 的 , 导 通 , 关 断 , 而 控 制 信 号 为 低 电 平 时 则 与 此 相 反 。由 此 可 得 。 、 。 波 形 , 如 图 所 示 , 它 是 正 电 压 脉 冲 和 负 电 王 脉 冲 交 替 出 现 的 波 。
8、 分别 用 角 度 , , , , , 一 , , , 来 表 示 开 关 元 件 的 切 换 时 刻 , 其 中 , 。 , 一 , 表 示 正 脉 冲 电压 的 前 沿 即 的 导 通 时 刻 , 表 示 其 后 沿 , 也 是 负 脉 冲 电 压 的 前 沿 叩 工 的 关 断时 刻 和 的 导 通 时 刻 。一口口口只只只 巨巨巨 一口口口口 “ ,图 控 制 波 及 逆 变 器 输 出 波 形控 制 波 相 对 于 点 的 输 出 波 形用 尸 表 示 三 角 载 波 与 正 弦 控 制 波 的 频 率 之 比 , 一 般 取 奇 数 , 以 避 免 偶 次 谐 波 。 图 表 示二
9、 , 可 以 看 出 , 波 形 的 正 负 半 波 完 全 对 称 , 因 此 , 谐 波 分 析 只 需 在 正 半 波 内 进 行 即第 期 刘 丛 立 逆 变 器 的 谐 波 分 析可 , 此 时 , 的 最 大 值 为 尸 一再 者 , 一 般 逆 变 器 , 为 了 避 免 的 倍 数 次 谐 波 , 多 取 频 比 为 的 整 数 倍 , 不 难 看出 , 在 此 条 件 下 所 产 生 的 三 相 控 制 波 形 完 全 相 同 , 并 且 各 相 波 形 间 存 在 准 确 的 。 相位 移 。在 图 所 示 坐 标 下 , 电 压 波 形 的 傅 氏 级 数 为 正 弦 奇
10、 函 数 , 因 此 , , 。 。 和 。 的 傅 氏 级数 表 达 式 为万 、 无 。 , 一一 习 、 无 。 , 一飞。 艺 、 。 口 ,“ 。 、 。 、 。 。兀注 意 , 为 奇 数 。逆 变 器 输 出 线 电 压 的 傅 氏 级 数 表 达 式 为、 。 、 一 。一 乞 、 , 。 , , 一 。 、 。 , 一 粤 一 七 乃当 为 的 整 倍 数 时 , 扬 一 “ 。 一 粤 , 一 ” , 故 线 电 压 中 不 含 郁 的 整 倍 数 次谐 波 , 谐 波 次 数 可 用 无 九 士 表 示 。将 式 展 开 并 化 简 得、 才 训 习 。 土 无 。 ,
11、。 压 目可 见 , 逆 变 器 输 出 波 形 中 的 各 次 谐 波 含 量 仍 取 决 于 控 制 波 形 的 谐 波 系 数 ,首 先 求 出 、 一 的 表 达 式 。因 此 , 应的 矩 形 波 和 一 系 列 幅 值 为 十 的 脉 冲 列 迭 加 而 成一一、 。 约 可 以 看 作 是 一 个 幅 值 为图 , 这 些 脉 冲 列 的 起 点 为 , 一 , , 终 点 为 , , 因 此 , 由 式 , 第 无 次 谐 波 系 数 为 。无 口 , 。 一 忿 。 、 。 一 ,玩一一了、月厂、 兀一一丁 。 。 “ “ 。 曰 “ 一 上眨 岛 妄 矿 业 学 院 学 才
12、 段 年 “ 一 。 声 、 。 , , 一。 厂 一 厄 , , , 、 、 、飞 万 仁 习 “ 一 一 “ 尤 , 少 一户 一上 式 即 为 计 算 逆 变 器 谐 波 的 一 般 表 达 式 , 使 用 时 , 须 先 确 定 出 各 开 关 切 换 点 , , , 一 , 二 等 具 体 数 值 , 而 这 些 数 值 与 频 比 , 调 制 度 以 及 采 样 方 式 有 关 , 因 此 ,必 须 首 先 导 出 在 特 定 条 件 下 开 关 切 换 点 的 一 般 表 达 式 。 开 关 切 续 点 的 确 定微 处 理 机 产 生 控 制 波 时 , 根 据 实 现 的 方
13、 便 程 度 和 波 形 的 准 确 程 度 , 有 几 种 采 样 方式 , 本 文 采 用 的 是 比 较 理 想 , 使 用 较 多 的 规 则 采 样 法 。图 是 规 则 采 样 法 生 成 波 形 的 原 理 , 设 三 角 载 波 的 周 期 为 , 则 有, 、 。 , , 。 尸 一 、“ 尸 一 , 么 、 , , 二 , 一 一 下 丁 一 ,乙二以一产一 优“ 书 “图 规 秘 采 样 法 波 形 生 成 原 理设 第 个 正 脉 冲 的 宽 度 为 , , 则 有一 。, 田 , 去, 一 粤 ,声 冬 ,一 、 , , ” , 一 石 夕设 正 弦 控 制 波 甘
14、三 角 载 波 的 幅 值 比 调 制 度 为 二 , 则 当 三 角 波 的 幅 值 为 、 时 , 正 弦波 的 幅 值 为 , 正 弦 控 制 波 可 写 为, 、 才 、 田由 图 , 在 时 刻 有第 期 刘 丛 立 逆 变 器 的 波 谐 分 析友 。 , 二 山 ,、 万 八 一 二二 田 , 山 落山 一 , 、 , ,幽 此 目 , 仔 王 丁 、 卞 田 “ 少将 式 和 式 代 入 式 , 并 由 。 。 一 对 , 李 一 粤 , 得么 仪 一 泛亢贻 二 ,尸以 一 一 仇 声 一声 一 二 冗、一 二 二 一 一尸由 上 式 可 见 , 开 关 切 换 点 由 频
15、比 尸 和 调 制 度 二 决 定 , 因 此 谐 波 计 算 必 须 针 对 一 定 的 频 比和 调 制 度 进 行 。谐 波 分 析 结 果计 算 每 次 谐 波 系 数 都 需 要 首 先 由 式 求 出 各 开 关 切 换 点 , 然 后 由 式 求 有 限 项级 数 之 和 。 当 频 比 较 大 时 , 开 关 切 换 点 的 数 量 和 级 数 的 项 数 很 多 , 因 此 , 计 算 工 作 必 须 由计 算 机 来 完 成 。谐 波 的 频 谱 分 布图 和 图 分 别 是 , 尸 和 二 , 二 两 种 情 况 下 的 谐 波 分 布 情 况 , 可 以 看出 , 谐
16、波 分 布 是 有 规 律 的 , 接 近 频 比 及 其 整 数 倍 的 各 次 谐 波 幅 值 较 大 , 并 形 成 谐 波 边 带 。 例如 , 当 时 , 在 二 , , 等 处 出 现 谐 波 边 带 , 在 第 一 边 带 处 , 次 和 次 谐 波 幅值 较 大 , 越 远 离 的 谐 波 次 数 , 其 幅 值 越 小 。 其 它 边 带 也 具 有 同 样 规 律 。正 是 由 于 逆 变 器 的 上 述 谐 波 分 布 规 律 , 通 过 增 大 频 比 便 可 有 效 地 消 除 低 次 谐 波 。当 时 , 次 和 了 次 谐 波 都 仅 为 基 波 的 左 右 , 次 谐 波 由 于 距 频 比 数 较 近 , 也 仅为 基 波
