交流電機驅(qū)動用SPWM逆變器并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)流分析劉建寶u，林樺、李曉靜3（1.華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，武漢430074；2.海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院，武漢430033，3，91917部隊，北京摘針對交流電動機驅(qū)動用SPWM逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中的環(huán)流問題，根據(jù)環(huán)流產(chǎn)生機理，提出了一種環(huán)流請波分析方法。首先，基于瞬態(tài)電壓方程，建立了逆變器并聯(lián)系統(tǒng)驅(qū)動電流模型和環(huán)流電流模型；然后，在三角我波存在相位差的情況下，應(yīng)用調(diào)制方程分析了環(huán)流電流的特性；比較后，利用雙傅立葉變換對環(huán)流電流進行了諧波分析，得到了直流環(huán)流分量、基波環(huán)流分量及諧波環(huán)流分量與三角調(diào)制波相位差的關(guān)系，為逆變器并聯(lián)系垅中的環(huán)流電波控制提供了理論依據(jù)。仿真結(jié)果驗證了該理論分析的正確性。

　　關(guān)鍵謂：環(huán)流逆變器并聯(lián)；交流電動機驅(qū)動：諳波分析I雙傅立葉變換理論在大電流的交流電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，多采用逆變器并聯(lián)結(jié)構(gòu)。對于逆變器并聯(lián)結(jié)構(gòu)驅(qū)動系統(tǒng)，環(huán)流電流控制是關(guān)鍵。作為電源的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，因為有濾波電容的存在，當(dāng)各逆變器輸出電壓具有相同的頻率、相位和幅值時，并聯(lián)系統(tǒng)不存在環(huán)流；用于電動機驅(qū)動的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，使用均流電抗器進行濾波，因此只有在逆變器輸出瞬時電壓相等時，并聯(lián)系統(tǒng)內(nèi)部才不存在環(huán)流。但是，由于功率器件本身存在觸發(fā)延時差異以及死區(qū)控制w等因素，要實現(xiàn)各逆變器輸出瞬時電壓嚴格一致十分困難。而且，為了獲得更好的輸出電壓波形，在逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中，常常運用同步相移技術(shù)將不同逆變器調(diào)制信號使用的三角載波相位相差一定的角度，導(dǎo)致各逆變器輸出瞬時電壓存在差異。因此，在實際應(yīng)用中，逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中的環(huán)流電流是普遍存在的，載波相位不一致可以改善輸出電壓的品質(zhì)，但對于環(huán)流電流的影響有待深人的研究文中以分散邏輯式控制結(jié)構(gòu)的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)為研究對象，對采用相同的同步電壓和具有一定相位差的三角載波的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，進行環(huán)流電流的建模和分析。

　　逆變器并聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)模型兩個逆變器并聯(lián)組成的交流電動機驅(qū)動系統(tǒng)主電路模型如所示。用矢量形式表示的三相電壓、電流和電動勢如下所示：則逆變器1、逆變器2和負載的電壓矢量方程為根據(jù)環(huán)流電流的定義M，環(huán)流電流可表示為整理式（1）、（2），得到環(huán)流電壓方程式為其等效電路如（a）所示。由圖可以看出，環(huán)流電流是由逆變器輸出電壓不一致引起的，均流電抗L.起到限制環(huán)流的作用。

　　將式（1）與式（2）相加，并將式（3）代入，整理得到的驅(qū)動電壓方程為其等效電路如（b）所示。

　　逆變器并聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)等效電路環(huán)流分析2.1栽波相位差與逆變器輸出電壓差關(guān)系兩個三角載波交點距橫軸距離D隨著載波相位差0的變化而變化。D與0的關(guān)系為此時，正弦調(diào)制波幅值小于D，稱為“較小相位差”情況。

　　根據(jù)式（5）可知，逆變器輸出電壓不一致是環(huán)流電流產(chǎn)生的根源，而逆變器輸出PWM電壓是三角波丨上升段與調(diào)制波，相交時刻；②~為三角載波上升段與調(diào)制波“，相交時刻；③6為三角載波叫下降段與調(diào)制波相交時刻；④為三角載波”2下降段與調(diào)制波相交時刻。

　　當(dāng)正弦調(diào)制波電壓小于D時，在第是個調(diào)制區(qū)間，輸出電壓差的一半（、）/2由負脈沖和正脈沖兩部分組成，負脈沖起始于k時刻，終止于0時刻；正脈沖起始于時刻，終止于t時刻。在載波相位差較小時，電壓（V2）/2均滿足以上規(guī)律。

　　2.2環(huán)流分析壓差正脈沖寬度和負脈沖寬度不相等，導(dǎo)致環(huán)流電流在兩條正弦包絡(luò)線。（<）和。（范圍內(nèi)波動（見（a））。下正弦包絡(luò)線iul（f）滿足。⑴=環(huán)流電流i.可表示為下正弦包絡(luò)線。和梯形環(huán)流之和，即其中，梯形環(huán)流。特性如（b）所示。

　　（a）環(huán)流電流“環(huán)流特性為了方便諧波分析，進行近似處理，如所示（LTd為逆變器直流側(cè)電壓），將梯形環(huán)流等效為虛形對應(yīng)的寬度即在區(qū)間應(yīng)用雙傅立葉變換理論，對進行諧波分析，因此，第2項為i'ep/1'基波成分，大小與環(huán)流電流的下正弦包絡(luò)線。相等，方向相反。因此，環(huán)流電流i.的基波分量不存在。第3項為廣p/'ep諧波分量，記為H.根據(jù)Bessel公式，有下面就rz為奇數(shù)和為偶數(shù)兩種情況，對式（19）作進一步分析。

　　=0，因此2）當(dāng)通過以上分析，SPWM逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中，因載波相位差的存在而產(chǎn)生的環(huán)流電流的各次諧波成分有以下規(guī)律：①直流分量幅值基波環(huán)流；③諧波成分（叫士“）的振幅Mh（Mmr/2），與逆變器直流側(cè)電壓和載波相位差成正比。

　　為了進一步驗證理論分析的正確性，應(yīng)用Mat丨ab/SimuHnk進行了仿真研究，仿真電路如所示。為了簡化分析，將電動機負載用阻感負載代替，系統(tǒng)參數(shù)如下：正弦調(diào)制波頻率兌為50 Hz，調(diào)制波初始相位P為rad，三角載波頻率為2000Hz，調(diào)制比M為。

　　8，逆變器直流側(cè)電壓為200V，均流電抗L.為1mH，負載電抗L為2mH.為環(huán)流電流的頻譜，其譜線分布在頻率（叫士是叫）處，分布規(guī)律與分析一致。在不同載波相位差的情況下，對環(huán)流電流的直流成分、基波成分和諧波成分進行了仿真和計算分析。

　　給出了仿真數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù)的對比圖。由圖可以看出，本文提出的分析方法具有較好的準(zhǔn)確性。

　　fAHz實測頻譜仿真分析4結(jié)束語針對交流電動機驅(qū)動用SPWM逆變器并聯(lián)系統(tǒng)，建立了驅(qū)動電流模型和環(huán)流電流模型，探討了環(huán)流電流產(chǎn)生的機理，研究了基于雙傅立葉變換理論的環(huán)流電流的諧波分析方法，得到了環(huán)流電流各次諧波幅值的解析表達式，仿真分析驗證了該理論分析方法的正確性。該理論為逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中的環(huán)流電流控制提供了理論依據(jù)。

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