什么是过调制?PWM过调制有什么好处?

2024-08-12  

什么是过调制?

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通常,我们用的SVPWM是在上图中的白色内圆里,输出的相电压幅值能到Vdc/sqrt(3)。这块区域叫线性区,线性的意思是给定电压和输出电压完全成比例关系。

上图中灰色圆里,叫过调制区,也叫非线性区,给定电压和输出电压不成比例关系了。到最外圆圈时,PWM变成了全方波(六步区),输出的相电压基波幅值能到2Vdc/pi。

下图就是六步时的波形样子,根本没有了调制的痕迹。

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如上图所示,线性区内,IGBT每个开关周期各开关一次。非线性区里,有时候IGBT并不开关动作。

过调制有什么好处?

SVPWM用的好好的,为啥要搞过调制?

因为过调制能提高电压利用率。通俗点说,就在同样Vdc直流电压下,能输出更高的交流电压,最高能提高10%左右。

在电动汽车领域,用过调制技术,在相同电池电压下,将电机机端电压提高,就减小了电机高速下所需要的弱磁电流,能提高驱动系统的效率,提高电机的外特性,能提高电机运行的最高转速。这样就能配合电机进行优化成本,提高功率密度。

在新能源发电领域,过调制能应付电网电压的波动,能降低直流电容的耐压,能应付高低压穿越。

过调制有什么坏处?

行业里面,过调制并没有被广泛使用,我觉得原因有如下几个方面:

  1. 在过调制区PWM的增益非线性(后面会细讲),对控制来说是个灾难。

  2. 过调制区会引入更多的分次谐波电压,而且大部分都是5,7次的,会产生5,7次谐波电流。电流环调节器的带宽不合适的话,会造成调节器的饱和和震荡,产生更大的谐波电流。

  3. IGBT的死区时间和最小脉宽很难和过调制配合起来,处理不好会造成增益的跳变。

过调制的实现

采用基于载波的PWM方法,过调制非常好实现。调制波直接削波就可以了。

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过调制的增益

在线性区,输入调制比为0.5时,经过pwm算法,最终就能输出0.5的基波电压,增益为1。在过调制区,输入调制比为1.1时,经过削波处理后,最终输出的基波电压可能只有1.05,增益小于1了。这就是非线性。

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神奇的是,前人研究很多种基于载波的PWM算法,发现它们各自的非线性特性还都不一样。

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SPWM在0.866开始进入过调制区,其他的注入谐波式的PWM,都在调制比高于1时进入过调制。

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放大了局部来看,发现DPWM的增益线性度最好,曲线很快就饱和了,所以DPWM最适合用来做过调制。

线性增益的实现

从控制的角度来说,线性增益是实现目标。可以通过离线数据拟合,得到过调制的非线性逆关系G-1(m*),用它来做增益的补偿。具体如下所示:

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其他问题

1、DPWM虽然很好,但由于其谐波含量较SVPWM大,所以不能全程使用,最好在调制比较高时,从SVPWM切到DPWM。

2、PWM的死区时间和最小脉宽会吃掉一部分增益,这部分增益如何补偿,并和过调制结合起来?

3、如何处理双采样双更新模式下,比较值的更新,使之能平滑过渡到过调制模式?


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