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基本PWM技术的三相电压源逆变器性能分析和仿真
关键词：正弦脉宽调制，梯形脉宽调制，阶梯形脉宽调制，60°脉宽
调制，滤波器
摘要：本文阐述利用Matlab的Simulink软件如何研究不同的脉冲宽度技术作用于三相电压源逆变器。这些技术帮助减少电源的谐波量从而控制输出电压和频率。我们演示了多样的PWM技术：正弦脉宽调制、梯形脉宽调制、阶梯形脉宽调制、60°脉宽调制以及三次谐波PWM。尽管这些技术很好的减少低阶谐波，但是由于高阶谐波的存在，使得逆变器效率不能有效地增加。设计一个滤波器可以达到消除谐波的目的。
1绪论
在基本频率中电力系统功能设计往往不尽人意，有时，当受到包含谐波的电压和电流的影响时，失败也常常发生。一个谐波是一个周期波的组成部分，它有一个频率，是基本电力线频率的整数倍。现今，纯正弦波是一个概念性的量谐波，它总是出现在周期波。这种歪曲的正弦波一般是由非线性负载和逆变器产生。 减少谐波是很重要的，因为这些对电力系统组件有各种不利影响，他们中的一些人进行了讨论。
导体过热是关于导体单位体积的均方根的函数。当增加频率时，谐波电流会产生“集肤效应”。
电容器的寿命会受到由功率损耗增加导致热上升的影响。如果一个电容器遭受典型的谐波如5次谐波或7次谐波，过电压和共振会引起介质劣化。
由保险丝和断路器不正当的操作，也会引起谐波和线路崩溃，没有明显原因的破坏或损伤组件。
由于分散的熔化损耗，导致过热的变压器绕组线圈增加了铁质的和铜制的损耗或者涡电流，并使变压器绕组线圈产生过多的热量。
电机运转增加磁芯的磁滞和涡电流，会导致增加核心以及核心周围线圈的工作温度。
因此，本论文主要研究减少逆变器输出电压波形的谐波。一种方法是在负载和逆变器之间插入滤波器，如果逆变器输出电压包含高频谐波，这些可以通过低通滤波器减少，但使低频谐波衰减的滤波器组件增加。滤波器电路变得昂贵，复杂了，除此之外，系统的瞬态响应变得缓慢。这表明应该通过一些方法使低频减少谐波，不同于通过尺寸小且费用低的滤波器和高频组件来衰减低阶谐波。因此本文PWM技术被用来减少低频谐波以及添加低通滤波器高频成分到滤波器中。
2 PWM技术
在这些技术，一个稳定的直流输入电压逆变器，它的交流输出电压控制是通过调节逆变器组件的开关时间。逆变器的打开和关闭时间由不同的PWM信号控制，PWM信号是关于稳定的频率、大小和可变脉冲宽度的脉冲。
这主要取决于两个技术，基于三角波形比较脉宽调制和空间矢量脉宽调制。在这里，基于PWM的三角载波与基频载波相比较。根据调制脉冲波，PWM脉冲宽度会发生改变。载波信号的频率要远高于调制信号,这样能量传递给负载主要取决于调制信号。
PWM技术的优点
·容易实现和控制
·低功耗
·减少低阶谐波
·过滤需求最小化只有高阶谐波
·硬件实现是容易的,因为它兼容当今数字微处理器
PWM技术的缺点
·减弱基本组件
·代的高频成分
以下PWM技术，在本文中会分析合性能。
·多脉宽调制
·梯形脉宽调制
·阶梯形脉宽调制
·正弦脉宽调制(SPWM)
·60度脉宽调制
·第三次谐波脉宽调制(THPWM)
2.1 多脉宽调制
基频的调制信号是方波调制。相对于三角载波的高频，这个信号产生脉冲宽度如图1所示，阶段b和c的方波相位延迟分别在120度和-120度，然后与载波相比来获得所需要的脉冲波形。
图1:门信号生成阶段
2.2梯形脉宽调制
在这个技术里，基频的调制信号是一个梯形波。梯形波可以获得从一个三角波通过限制谐波。这个信号是与更高频率的三角载波生成门脉冲如图2所示：
图2:门信号生成阶段
2.3阶梯形脉宽调制
阶梯形PWM形态是一样的，它与上述两种方法的差异基频于调制信号是一个阶梯波。如图3所示，门脉冲生成与三角载波的频率更高。
图3:选通脉冲生成阶段
2.4正弦脉宽调制
在SPWM调制中，有三个正弦参考波相差120度变化，三角载波与参考信号对应于一个阶段产生的控制信号比较如图4所示：
图4:门信号生成阶段
2.5 60度脉宽调制
脉冲的宽度接近正弦波的峰值，不能明显改变与调制指数的变化。因此60度调制三角载波应用于每半周期的第一个和最后一个60度间隔期间里如图5所示。基本电压组件增加和谐波特性得到改善。同时，切换损失减少。
图5:门信号生成阶段
2.6第三次谐波调制
第三次谐波PWM类似于正弦PWM，它与参考交流波形的差异不是正弦，而是都包含了一个基本组件和第三次谐波分量。第三谐波组件的增加导致有效取消第三次谐波分量的接线柱导体，并最大可能增加基本参考的最大振幅和输出电压。
（a）基本组件
(b)三次谐波分量
(c)合成调制信号
图6 第三个谐波脉冲宽度调制
3滤波器设计
谐波滤波器用于消除输出波形的谐波失真。有各种类型的滤波器可用于这个目的。一个简单的常数k型低通被动滤波器的设计，它是一个单一T部分滤波器如图7所示。设计是基于公式导出了图像的方法，用于计算的公式滤波器参数。
ZO=负载阻抗和fc =截止频率。
它分为三个阶段，三个单T部分，每个连接在系列一个阶段如图8所示。
图7 T部分过滤器
图8 三相逆变器连接到一个过滤器
4仿真结果
上述的输出波形和谐波电压光谱技术如下所示，这些都是通过模拟由MATLAB仿真软件完成的，数据被认选取如下:
调制指数= 0.8
载波频率= 3000Hz
基本频率= 50 Hz
直流输入电压= 400 v
滤波器的截止频率= 1000Hz
欧姆电阻负载= 200Omega;
在所有的PWM技术调制指数一直保持不变，输出电压和FFT分析伴随滤波器以及无滤波器。如图9至图13所示。最后，总谐波失真和每个技术的基本电压比较仿真结果如表1。
(a)没有过滤的输出电压
(b)没有过滤的FFT分析
(c)输出电压与过滤器
(d)FFT分析过滤
图9 多脉宽调制
（a）没有过滤的输出电压
（b）没有过滤的FFT分析
（c）输出电压与过滤器
（d）FFT分析过滤
图10 梯形脉冲宽度调制
（a）没有过滤的输出电压
（b）没有过滤的FFT分析
（c）输出电压与过滤器
（d）FFT分析过滤
图11 楼梯脉冲宽度调制
（a）没有过滤的输出电压
（b）没有过滤的FFT分析
（c）输出电压与过滤器
（d）FFT分析过滤
图12 正弦脉冲宽度调制
（a）没有过滤的输出电压
（b）没有过滤的FFT分析
（c）输出电压与过滤器
（d）FFT分析过滤
图13 60度脉冲宽度调制
（a）没有过滤的输出电压
（b）没有过滤的FFT分析
（c）输出电压与过滤器
（d）FFT分析过滤
图14 第三次谐波多个脉冲宽度调制
表1 PWM技术的比较
5结论
从这些技术比较研究的角度来看他们的谐波频谱和总谐波失真，它证明了正弦脉宽调制技术和第三次谐波调制技术相比于其他技术有更好的性能，它也已经验证，添加过滤器之后，高阶谐波已经被消除以及第三次谐波已经被减少。
基于PWM控制策略减少BDCM驱动器换向转矩脉动的研究
关键字：DSP,脉冲宽度调制(PWM),无刷驱动器,驱动器的控制,数字控制
摘要
在无刷直流电机换相转矩脉动中，本文研究简单的固定频率脉宽调制与方波控制策略相结合。通过解码，这些很容易来自于实际的霍尔效应传感器信号。基于Matlab仿真模型并使用这些技术来研究驱动器的性能。这表明在一个大的操作速度范围内，PWM-ON / ON-PWM呈现更好的换向转矩脉动补偿。但是H_PWM / L_PWM呈现更好的时间响应,必须使这些策略之间达到妥协。经过实验测试确认所使用方法的有效性。
1绪论
在磁性材料和电力设备领域，技术发展已经提高了无刷直流电机的性能(BDCM)。在有刷直流电机类似过程中，改进的性能使BDCM在机电驱动应用程序有一个吸引力的替代。由于惯性低、高功率重量比、快速的动态响应以及能提供恒转矩操作下的基本速度和恒功率宽调速范围。目前BDCM广大的利用率尤其是在应用程序集成的汽车和其他机械部件势在必行。根据提供波形形状的设计，无刷直流电机被描述为梯形或正弦。先前的研究显示，在每安培的扭矩、简单的控制及成本上表面安装的梯形BDCM永久磁铁可以超过的正弦。其最终性能取决于控制方面对于一个给定的电机结构。
交互的各种控制策略并不是一般简单的电机电磁特性，通常需要注意达到足够的性能来满足应用需求。事实上，安培导体分布不旋转平稳，但仍然固定在一个位置为60度，然后突然跳到下一个60度。因此如果当前和反电动势保持不变就产生转矩常数。然而，在实践中，转矩脉动产生由于几个原因，特别是相电流换向可以被描述为一个问题的主要来源为BDCM驱动器。因此，当前应保持不变，这通常需要一种PWM电流调节器的控制从而增加系统的复杂性和切换损失。在这种背景下，电源作为一个重要组成部分，有助于改善机器的性能：更有效的工作试图解决这个问题，与组合开关方案提出了在低速度下的120°模式和180°模式速度更高的。在一个原始的PWM控制模式应用于减少扭矩波纹。补偿的方法也在参考研究PMW应用在一个阶段，而其他阶段是保持不变，目的是减少当前关闭阶段的变化。这种技术有能力减少转矩脉动大速度范围，而损失最小。使用三种技术，从理论和实验上探讨这个方案更全面的转矩脉动、速度及转矩响应。第一个在PWM技术使用一个固定的频率和可变占空因数,称为H_PWM / L_PWM。第二个技术集中在上层应用PWM开关只有超过120°，称为H_PWM / L_ON。在第三种技术，120°控制信号结合60°PWM和60°方波控制和可被描述为PWM_ON / ON_PWM。通过一个基于Matlab模型的性能评估，这些在低和高速度中技术进行比较，最后使用实验设备验证模型有效性。
2系统模型仿真
在一个工业BDCM驱动器进行系统研究，它是由6晶体管组成的三相逆变器开关直流供电。根据控制策略显示控制器电路设计提供了足够的信号，图1中所描述系统，图2所描述实验反电势。
图1:BDCM驱动器的基本配置 图2:实验反电势
我们假设BDCM电机三相对称和Y连接，R，L分别为定子绕组的电阻和电感。eaebec :相应的相绕组电动势，IaIbIc分别对应的相电流和VaVbVc分别为相应的相绕组相电压。
由于逆变器控制使用霍尔效应传感器信号，逆变器的输出电压由每60度传导和换向期间确定。这里，逆变器设备被认为是理想的，因此电压降可以忽略不计。鉴于60°的变换模式，6个整流逆变器模型推导出的六交换领域。后者决定使用Matlab模块。换相电压组决定相电压逆变器的两个间隔，，。
3基于Matlab-Simulink电机模型
这里,该模型适合这种类型的运动是建立在abc坐标系。它包括
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