武宣交流电机驱动用SPWM逆变器并联系统环流分析

　　交流电机驱动用SPWM逆变器并联系统环流分析刘建宝u，林桦、李晓静3（1.华中科技大学电气与电子工程学院，武汉430074；2.海军工程大学电气工程学院，武汉430033，3，91917部队，北京摘针对交流电动机驱动用SPWM逆变器并联系统中的环流问题，根据环流产生机理，提出了一种环流请波分析方法。首先，基于瞬态电压方程，建立了逆变器并联系统驱动电流模型和环流电流模型；然后，在三角我波存在相位差的情况下，应用调制方程分析了环流电流的特性；后，利用双傅立叶变换对环流电流进行了谐波分析，得到了直流环流分量、基波环流分量及谐波环流分量与三角调制波相位差的关系，为逆变器并联系垅中的环流电波控制提供了理论依据。仿真结果验证了该理论分析的正确性。

　　关键谓：环流逆变器并联；交流电动机驱动：谙波分析I双傅立叶变换理论在大电流的交流电动机驱动系统中，多采用逆变器并联结构。对于逆变器并联结构驱动系统，环流电流控制是关键。作为电源的逆变器并联系统，因为有滤波电容的存在，当各逆变器输出电压具有相同的频率、相位和幅值时，并联系统不存在环流；用于电动机驱动的逆变器并联系统，使用均流电抗器进行滤波，因此只有在逆变器输出瞬时电压相等时，并联系统内部才不存在环流。但是，由于功率器件本身存在触发延时差异以及死区控制w等因素，要实现各逆变器输出瞬时电压严格一致十分困难。而且，为了获得更好的输出电压波形，在逆变器并联系统中，常常运用同步相移技术将不同逆变器调制信号使用的三角载波相位相差一定的角度，导致各逆变器输出瞬时电压存在差异。因此，在实际应用中，逆变器并联系统中的环流电流是普遍存在的，载波相位不一致可以改善输出电压的品质，但对于环流电流的影响有待深人的研究文中以分散逻辑式控制结构的逆变器并联系统为研究对象，对采用相同的同步电压和具有一定相位差的三角载波的逆变器并联系统，进行环流电流的建模和分析。

　　逆变器并联驱动系统模型两个逆变器并联组成的交流电动机驱动系统主电路模型如所示。用矢量形式表示的三相电压、电流和电动势如下所示：则逆变器1、逆变器2和负载的电压矢量方程为根据环流电流的定义M，环流电流可表示为整理式（1）、（2），得到环流电压方程式为其等效电路如（a）所示。由图可以看出，环流电流是由逆变器输出电压不一致引起的，均流电抗L.起到限制环流的作用。

　　将式（1）与式（2）相加，并将式（3）代入，整理得到的驱动电压方程为其等效电路如（b）所示。

　　逆变器并联驱动系统等效电路环流分析2.1栽波相位差与逆变器输出电压差关系两个三角载波交点距横轴距离D随着载波相位差0的变化而变化。D与0的关系为此时，正弦调制波幅值小于D，称为“较小相位差”情况。

　　根据式（5）可知，逆变器输出电压不一致是环流电流产生的根源，而逆变器输出PWM电压是三角波丨上升段与调制波，相交时刻；②~为三角载波上升段与调制波“，相交时刻；③6为三角载波叫下降段与调制波相交时刻；④为三角载波”2下降段与调制波相交时刻。

　　当正弦调制波电压小于D时，在第是个调制区间，输出电压差的一半（、）/2由负脉冲和正脉冲两部分组成，负脉冲起始于k时刻，终止于0时刻；正脉冲起始于时刻，终止于t时刻。在载波相位差较小时，电压（V2）/2均满足以上规律。

　　2.2环流分析压差正脉冲宽度和负脉冲宽度不相等，导致环流电流在两条正弦包络线。（<）和。（范围内波动（见（a））。下正弦包络线iul（f）满足。⑴=环流电流i.可表示为下正弦包络线。和梯形环流之和，即其中，梯形环流。特性如（b）所示。

　　（a）环流电流“环流特性为了方便谐波分析，进行近似处理，如所示（LTd为逆变器直流侧电压），将梯形环流等效为虚形对应的宽度即在区间应用双傅立叶变换理论，对进行谐波分析，因此，第2项为i'ep/1'基波成分，大小与环流电流的下正弦包络线。相等，方向相反。因此，环流电流i.的基波分量不存在。第3项为广p/'ep谐波分量，记为H.根据Bessel公式，有下面就rz为奇数和为偶数两种情况，对式（19）作进一步分析。

　　=0，因此2）当通过以上分析，SPWM逆变器并联系统中，因载波相位差的存在而产生的环流电流的各次谐波成分有以下规律：①直流分量幅值基波环流；③谐波成分（叫士“）的振幅Mh（Mmr/2），与逆变器直流侧电压和载波相位差成正比。

　　为了进一步验证理论分析的正确性，应用Mat丨ab/SimuHnk进行了仿真研究，仿真电路如所示。为了简化分析，将电动机负载用阻感负载代替，系统参数如下：正弦调制波频率兑为50 Hz，调制波初始相位P为rad，三角载波频率为2000Hz，调制比M为。

　　8，逆变器直流侧电压为200V，均流电抗L.为1mH，负载电抗L为2mH.为环流电流的频谱，其谱线分布在频率（叫士是叫）处，分布规律与分析一致。在不同载波相位差的情况下，对环流电流的直流成分、基波成分和谐波成分进行了仿真和计算分析。

　　给出了仿真数据与分析数据的对比图。由图可以看出，本文提出的分析方法具有较好的准确性。

　　fAHz实测频谱仿真分析4结束语针对交流电动机驱动用SPWM逆变器并联系统，建立了驱动电流模型和环流电流模型，探讨了环流电流产生的机理，研究了基于双傅立叶变换理论的环流电流的谐波分析方法，得到了环流电流各次谐波幅值的解析表达式，仿真分析验证了该理论分析方法的正确性。该理论为逆变器并联系统中的环流电流控制提供了理论依据。

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