三次谐波注入原理
基于三次谐波注入的SVG控制策略研究
壶
１ 引 言
Ｈ桥 级 联 星 形 ＳＶＧ 由 于 具 有 响 应 速 度 快 、容 易实 现 模 块 化 、感 性 容 性全 范 围 连 续 无 功 调 节 等 特 点和 优 点 ．通 常 采 用 载 波 移 相 ＳＰＷＭ 技 术 即将 三 角 载 波 经 过 一 定 的移 相 得 到 多 个 相 位 错 开 一 定 角 度 的载 波 与 正 弦 调 制 波 相 交产 生 触 发 脉 冲 控 制 Ｈ 桥 单 元 的 输 出 电压 直 接 串联 叠 加 。从 而 使 Ｈ 桥 级 联 式 变 换 器 输 出 高压 多 电平 。 但 此 种 调 制 方 式 的直 流 电压 利 用 率 不 高 （只 有 ０．８６６），在 电 网过 电 压 情 况 下 容 易 产 生 过 调 制 ，影 响 ＳＶＧ 高 电压 穿 越 性 能 。因此 考虑 采 用 ３次 谐 波注 入 调制 波 技术 从 而 提 高 直 流 电压 利 用 率 ，但 这 种 方 法 只 适 用 于 三 相 三 线 制 逆变 器 。不 能应 用 于 单相 逆 变 器 或三 相 四线 制 逆 变 器 ，以避 免 对 输 出 电压 的 影 响 【１ｊ。
ｃａｓｃａｄｅｄ Ｈ —ｂｒｉｄｇｅ ＳＶＧ ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈ ｏｄ ｃａｎ ｉｍ ｐｒｏｖｅ ｔ ｈ ｅ ＤＣ ｖｏｌｔａｇｅ ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ，ｂｕｔ ｏｕｔｐｕｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｗｉｌｌ ｂｅ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｂｙ ｓｐｅｃｉｆ ｉｃ ｎｕｍ ｂｅｒ ｏｆ ｈａｒｍｏｎｉｃ ａｎｄ ａ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｐｏｗｅｒ ｅｘｐｅｒ ｉ— ｍ ｅｎｔ， ｔｈｅ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｏ ｂｅ ｃｏｒｒｅｃｔ ａｎｄ ｅｆｅｃｔ ｉｖｅ．
三次谐波注入函数
三次谐波注入函数
三次谐波注入函数是一种用于交流电路的控制方法。
本文将详细介绍三次谐波注入函
数的定义、特点和应用。
一、定义
三次谐波注入函数是通过在交流电路中注入三次谐波信号的方式，控制电路的谐波电
压和电流的方法。
它可以通过改变注入信号的幅值和频率，有效地改变电路的输出特性。
二、特点
1. 可以降低谐波电压和电流
在电力系统中，谐波电压和电流既影响电路的稳定性，也影响了设备的寿命。
三次谐
波注入函数可以有效地降低谐波电压和电流，从而保护电气设备的稳定性和寿命。
2. 控制精度高
3. 方便实现
三次谐波注入函数的实现方法简单，只需要在电路中加入注入信号源即可。
由于信号
源可以是数字控制芯片，因此可以实现对电路的数字化控制。
三、应用
1. 电气设备的保护
2. 电能质量控制
在工业生产中，电能质量对工艺的稳定性和产品质量的影响非常大。
三次谐波注入函
数可以有效地降低谐波电压和电流，从而提高电能质量和生产效率。
3. 电力电子控制
四、总结
三次谐波注入函数是用于交流电路控制的一种方法。
它可以通过注入三次谐波信号，
有效地降低谐波电压和电流，并且具有控制精度高、方便实现等特点。
在电气设备的保护、电能质量控制和电力电子控制等领域都有广泛的应用。
采用三次谐波注入法的多电平级联H桥逆变器
第２ ７卷 第 ４期
２０ ０ ８年 ８月
文 章 编 号 ：６４—０７ （０ ８０ ０ ３ １７ ０ ６ ２０ ）４— ０２—０ ４
南 昌 工 程 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ｈａ ｇ Ｉ ｓｉｕｅ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｆＮａ ｃ ｎ ｎ ｔ ｌ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ ｔ
关 键 词 ： 联 Ｈ 桥 ； 次谐 波 注 入 法 ； 波 失真 级 三 谐 中圈 分 类 号 ： Ｍ ６ Ｔ ４４ 文 献 标 识 码 ： Ａ
Ｍ ｕ ｔ－ｅ ｅ ｓ ａ ｅ ・ ｉ ｅ ｉ ｖ ｒ ｅ ａ ｅ ｎ ｌｉｌｖ ｌＣａ ｃ ｄ ｄ Ｈ － ｄｇ ｎ ｅ ｔ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｂｒ
Ｏ 引 言
多 电平 逆 变器 由于 其在 中、 压 电力传 动 和 电力 系统 中广 泛 的应 用 前景 ， 年来 得 到人 们越 来越 多 的关 高 近 注 … 目前 高 压 变频 器 的 电路 拓 扑 结 构 种 类 较 多 ， ｉ． 主要 的拓 扑 结 构 有 以下 几 种 ： Ｈ 桥 级 联 式 （ ａｃｄｄ ｈ ① ｃ ａｅ ． ｓ ｂ ｄｅ Ｃ Ｂ ＿ ； 电容 箝位 式 （ ａａｉ ｒ ｌ ｐｄ ； 二 极 管 箝 位 式 （ ｉ ｅｃ ｍ ｅ ） 由 于 Ｃ Ｂ逆 变器 具 有 很 ｉ ｒ ｇ ， Ｈ ）２ ② ｃｐｃｏ． ａ ｅ ） ③ ｔ ｃｍ ｄｏ ．ｌ ｐ ｄ ． ｄ ａ Ｈ 低 的谐波 失 真 和 ｄ ／ ｔ而 且不 需要功 率 器 件 问 的 串联 ， ｖｄ， 就可 以得 到 很 高 的工 作 电压 ， 的模 块 化结 构 还 可 它 以降低 生产 成 本 ， 以 Ｃ Ｂ逆 变器在 高 功率大 容 量变 频 以及 电力 系统 中 的柔 性 输 配 电 （ Ａ Ｔ ） 所 Ｈ Ｆ ｃ ｓ 领域 都得 到
三次谐波注入五相感应电机的运行特性研究
三次谐波注入五相感应电机的运行特性研究通过电机磁势分析阐述了五相感应电机对三次谐波进行利用的原理；推导出所注入三次谐波和基波的幅值比例关系；对谐波注入前后五相感应电机运行特性进行了仿真对比；对仿真结果进行分析验证理论的正确性。
标签：三次谐波；五相感应电机；磁势分析；仿真1.引言感应电动机的传统优点是结构简单、机械强度好、运行可靠且维修方便，而且随着电力电子功率器件和现代驱动技术的飞速发展，感应电机固有的在起动、调速性能等方面的不足也得到弥补，这也使感应电动机成为当前应用最为广泛的电动机。
但是随着电机功率的需求的不断增大，对于要求变频调速的电机应用场合来说，传统三相电机需要通过低压大电流或者高压低电流来实现，这点容易造成控制系统的选型困难。
[1]相比三相电机，多相电动机可以通过增加电机相数来实现低压大容量和避免功率器件的串并联。
而且多相电机由于相数的增加而具有更多的控制自由度，较容易实现单台逆变器驱动两台电机串联或并联运行以及在故障状态下的无扰容错运行。
在要求大功率及高可靠性的应用场合，如电动汽车、舰船电力推进、风力发电以及航空航天等，多相电机驱动系统由于具有高可靠性、高功率密度、高效率、转矩波动小、可容错运行以及可实现低压大功率等优点，从而得到了越来越多的关注。
[2]对多相感应电机来说，随着电机相数增大，自由度增加，可利用的谐波更多，因此可以通过注入谐波分量来增加电机的功率和转矩密度。
这对多相电机的优化设计，进而提高多相电机驱动系统整体性能有很大意义。
对于五相感应电机，可以通过在气隙磁场中注入一定的三次谐波分量，并施加带有相同谐波成分的定子电流来提高电机输出转矩密度。
三次谐波磁势的注入可以降低气隙磁势及磁密的峰值，使其分布更加均匀，有效地降低铁心的饱和程度，提高铁磁材料的利用率，从而进一步提高电机的功率和转矩密度。
[3]本文分析了三次谐波注入五相感应电机提高转矩密度的原理；推导了三次谐波注入下五相感应电机的数学模型；最后通过有限元仿真对比了三次谐波注入前后五相感应电机的运行特性。
svpwm三次谐波注入原理
svpwm三次谐波注入原理SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制）是一种现代PWM技术，它通过合理的矢量控制，可以实现对三相逆变器的PWM波形进行精确控制。
而三次谐波注入则是SVPWM技术的一种改进方法，用于减小逆变器输出电流的谐波含量。
下面我将从原理、实现和优劣势三个方面来全面解释SVPWM三次谐波注入的原理。
首先，从原理来看，SVPWM三次谐波注入是通过在SVPWM控制中注入一定频率和幅值的三次谐波信号，使得逆变器输出电流中的三次谐波得到抑制。
这是因为在SVPWM控制中，逆变器输出电流的波形是由若干个基波矢量和零矢量组合而成的，通过在SVPWM控制中加入三次谐波信号，可以改变基波和零序矢量的选择，从而抑制输出电流中的三次谐波分量。
其次，从实现方面来看，SVPWM三次谐波注入需要在SVPWM控制算法中加入三次谐波信号的生成和注入模块。
具体地，需要通过计算得到三次谐波信号的频率和幅值，并将其与基波矢量和零矢量进行合理的组合，以实现对逆变器输出电流的三次谐波抑制。
这样可以在不增加硬件成本的情况下，改善逆变器输出电流的谐波含量。
最后，从优劣势方面来看，SVPWM三次谐波注入的优势在于可以有效抑制逆变器输出电流中的三次谐波，改善电力系统的谐波污染问题，提高逆变器的输出电流质量。
然而，SVPWM三次谐波注入也存在一些缺点，例如需要对SVPWM控制算法进行改进和复杂的三次谐波信号生成模块，增加了控制系统的复杂度和成本。
综上所述，SVPWM三次谐波注入通过在SVPWM控制中注入三次谐波信号，可以有效抑制逆变器输出电流中的三次谐波，改善电力系统的谐波污染问题。
然而，其实现需要对SVPWM控制算法进行改进，并且增加了一定的复杂度和成本。
在实际应用中，需要综合考虑系统的需求和成本因素，选择合适的控制策略。
三次谐波
当电力系统稳态运行时，其主要是奇次谐波，而没有偶次谐波，其原因何在？这里我们暂不从整流装置、电弧炉、牵引机车等的非线性来讨论，而主要讨论变压器的非线性以及变压器的接线方式引起的谐波种类。
变压器的励磁回路实质上就是具有铁芯线圈的电路。
在不计磁滞和铁芯未饱和时，它基本上是线性电路，铁芯饱和后，它就是非线性的，使励磁电流产生畸变，饱和程度愈深，电流畸变愈严重。
此时电流波形正、负半波相同，是半波对称的，则电流中只含有奇次谐波，其中主要是三次谐波。
当计及磁滞的影响时，铁芯磁化曲线变为上升和下降两条曲线，而不是一条曲线，电流波形出现扭曲，但电流波形还是对称的，所以它也只含有奇次谐波。
一般变压器往往有一侧接成三角形接线，零性谐波电流将在其中流通而不能进入电力系统，而三次谐波其实类似于零序，因为各相三次谐波电流是同相位的，因而三相变压器的谐波电流类似于六脉动整流回路，主要是（6k±1）次谐波，其中又以5、7次谐波为主要分量。
一些大型变压器由于三相磁路不对称，也有部分零序性谐波电流流入电力系统中。
因此，电力系统谐波源产生的谐波一般为奇次谐波，且5、7次谐波所占的比重量大，它们对电力系统的正常运行造成严重危害。
3次谐波含量一般情况下不是很大，但在有电弧炉或电力机车的电网中3次谐波较大（电极反复操作以及炉料在熔化过程中的崩落和滑动，使得三相谐波电流严重不平衡，即使电弧炉变压器有一侧是三角形接线，也不能阻止零序性的谐波电流注入电网，其也产生很大的偶次谐波，这是负载特性导致，不是电力系统本身引起），在选择并联电容器支路的串联电抗器电抗率时应引起注意，避免发生并联谐振和谐波严重放大现象１三次谐波源输电及配电系统规定：在频率恒定情况下，电压和电流均以正弦波波形运行。
然而在非线性负荷接入系统时，产生的附加的谐波电流会引起电流和电压畸变。
产生三次谐波的非线性单相负荷主要有（不考虑暂态及非正常工作状态）：（１）荧光灯、节能灯及其镇流器；①市场调查表明，目前国内市场绝大多数的荧光灯电子镇流器三次谐波电流含量高达８０％～９０％；②高档的电子镇流器三次谐波电流含量分三种标准：Ｌ标准：其谐波电流含量＜３７％；Ｈ标准：其谐波电流含量＜３０％；带灯丝预热控制的电子镇流器其谐波电流含量＜１０％。
三次谐波电压注入的五相感应电机SVM-DTC方法
ｐｈ ｓ ｈ ｅ —ｅ ｅ ｂ ｄ ｅ；ｓ ａ ｅ ｖ ｃｏ ｄｕ ａｉｎ ａ ｅ ｔ ｒ ｅ ｌ ｖ ｌＨ ｒ ｇ ｉ ｐ ｃ ｅ ｔ ｒｍｏ ｌｔｏ
０ 引 言
与 三相 变频 调 速 系统 相 比 ， 相 系统 减 小 了转 多
定 ． 够达到 气 隙磁 密波形 为准 方波 的控 制要 求 。 能 关键 词 ： 应 电机 ；集 中整距绕 组 ；三 次谐 波注入 ；五相 三 电平 Ｈ桥 ；空间 矢量脉 宽调 制 感
中图 分 类 号 ： Ｍ ３ ３ Ｔ ４ 文 献标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０７ ４ ９ ２ １ ）９ ０ １—０ １０ — ４ Ｘ（０ ０ ０ — ０ ３ ６
Ａ ｓ ａ ｔ ｙｃｍ ｉｉｇｓａｅｖｃ ｒ ｏ ｕａ ｏ Ｓ Ｍ）ａｄ ｄｒｃ ｔ ｑ ｅｃｎｒ （ Ｔ ｂ ｔ ｃ：Ｂ ｏ ｂｎｎ ｐｃ ｅｔ ｄ ｌ ｉｎ（ Ｖ ｒ ｏｍ ｔ ｎ ｉ ｔ ｏ ｕ ｏ ｔ ｌ Ｄ Ｃ）ｓ ａｅｙ ａｄ ｅ ｒ ｏ ｔ ｔ ｎ ｒ ｇ
ｃ ｎ ｉｅ ｎ ｈａａ ｔｒｓｉｓ ｏ ｏ ｃ ｎ ｒ ｔｄ ｆ ｌ ｐ ｔｈ ｗｉ ｄｎ ｏ ｓｄ ｒ ｇ ｃ ｒ ｃｅ ｔｃ ｆｃ ｎ ｅ ｔａｅ ｕ ｌ ｉｃ ｎ ｉｇ，ａ ｎ ｖ ｌ Ｓ ｉ ｉ ｏ ｅ ＶＭ — ＤＴＣ ｏ ｔｏ ｔａ ｅ ｏ ｖ — ｃ ｎｒ ｌｓｒ ｔｇ ｆｒ ｆ ｅ ｙ ｉ
朱 鹏 张 晓 锋 乔 鸣 忠 ， 张成 胜 ， 蔡 巍 ， ， ２
svpwm三次谐波注入原理
svpwm三次谐波注入原理
SVPWM三次谐波注入原理是一种常用的电力电子调制技术，用于控制三相电压源逆变器的输出电压。
它通过注入三次谐波信号来改变输出电压波形，实现对电机转矩和转速的精确控制。
在SVPWM三次谐波注入原理中，通过改变逆变器的开关状态，控制输出电压的大小和相位。
三次谐波注入则是在正常的PWM调制基础上，加入一个具有特定频率和幅值的三次谐波信号。
这个谐波信号由一个三次谐波发生器产生，然后与基波信号叠加在一起，形成最终的PWM调制信号。
三次谐波信号的注入可以使得逆变器输出的电压波形更加接近正弦波，减小了电机运行时的谐波失真。
同时，通过调节三次谐波信号的幅值和相位，可以实现对电机转矩和转速的精确控制。
SVPWM三次谐波注入原理的关键在于对三次谐波信号的准确控制。
通过调节谐波信号的频率和幅值，可以实现对输出电压的精确调节。
此外，还需要考虑逆变器的开关状态以及开关时间的控制，确保输出电压的稳定性和可靠性。
SVPWM三次谐波注入原理是一种有效的电力电子调制技术，可用于控制三相电压源逆变器的输出电压。
通过注入三次谐波信号，可以改善电机运行时的谐波失真，并实现对电机转矩和转速的精确控制。
这一技术在工业控制领域中得到了广泛应用，为电力系统的稳
定运行和高效运转提供了重要支持。
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COMMON
Half-h bridge (one of three)
2005,11,11 Beijing
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三相逆变器
VBus
PWM1 PWM3
PWM5
PWM2
PWM4
PWM6
2005,11,11 Beijing
Three-phase PWM waveforms and harmonic spectrum.
n s n0 0 sm Temax Te
0
1
Temax
Te
2005,11,11 Beijing
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n
n0 N n 01
ω1 N
ω 1 N > ω 11 > ω 12 > ω 13
ω 11
n02 n03
ω 12
ω 13
补偿定子压 降后的特性
O 恒压频比控制时变频调速的机械特性
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风机变频调速节能基本原理
H
H2 B A
H1 1 风 压
风量改变后 风量改变后 电机功率 电机功率
0 0
Q2 风量 风量
Q1 Q1
Q Q
此时电机 此时电机 功率 功率
2005,11,11 Beijing
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风机变频调速节能基本原理
12 volts peak-to-peak
1/2 horse 3 phase motor PWM Frequency = 7.3 KHz Dead Time = 3 uS Output ω = 1.7 Hz.
2005,11,11 Beijing
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正弦脉宽调制技术SPWM
对称规则采样法
U c sin ωt Ur
a
a
Tt
tp
t off
t1
t on t on
t off
Ts / 2
Ts / 2
2005,11,11 Beijing
Email: @
B
2π⎞ ⎛ ⎟ + V3 sin (3ω o t + 2 π ) V1 sin ⎜ ω o t + ⎝ 3 ⎠
Email: @
3-ph sine wave generation with 3rd harmonic
pwma,b,c
MC MC PWM PWM
Udc
Omega, Amplitude
内
容
异步电机VVVF控制原理 通用变频器应用 异步电机VVVF控制的DSP实现方 法
2005,11,11 Beijing
Email: @
VDC
VDC DEADTIME DEADTIME Top
Gate Drive
Com.
AC Motor
Bottom
Gate Drive
Email: @
风机变频调速节能基本原理
H
H2
B
A
恒风速下 恒风速下 风压－风量 风压－风量 曲线 曲线
H1
风门开度 风门开度 减小 减小
风门开度最大 风门开度最大 管阻特性曲线 管阻特性曲线
0
风量大小 风量大小 需要改变时 需要改变时
Q2
Q1
Q
风量
2005,11,11 Beijing
自然采样法
U c sin ωt Ur
a
b
Tt
tp
t off
t1
t2
t on
t on
Ts
'
t ' off
Ts toff = − a 2 Ts ton = + a 2 Ts ' t on = + b 2 Ts ' t off = − b 2
Ts
2005,11,11 Beijing
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压
H3 0
C
n2 Q2 风量 Q1
Q
2005,11,11 Beijing
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除尘风机变频改造方案
JC
变频器
闭环控 闭环控 制方案 制方案
烟尘 除尘风机 发 光 管 光 敏 元 件
IM
PID调节器
给定信号 电 炉
2005,11,11 Beijing
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H
H2
B
A n1
通过改变电机转速 通过改变电机转速 可以得到同样的风压 可以得到同样的风压
H1
H3
0
C
n2
Q2 Q1
Q
风量
2005,11,11 Beijing
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风机变频调速节能基本原理
H
H2 H1 风
B A n1
通过改变电机转速 通过改变电机转速 使得电机功率明显降低 使得电机功率明显降低
Eg f1
= 常值
2005,11,11 Beijing
U1 = 常值 f1
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基频以上的弱磁控制
恒转矩控制
U1 U1N Φm
弱磁控制 （恒功率控制）
Φm f1 f1N
2005,11,11 Beijing
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恒压恒频时的异步电机机械特性
2005,11,11 Beijing
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异步电机输出转矩与转速关系 输出转矩 起动转矩
电机转速与同步速的百分比
Email: @
2005,11,11 Beijing
异步电机的四象限运行
2005,11,11 Beijing
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Ua Ub Uc
V
ω
2005,11,11 Beijing
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三次谐波 电压为零
T1 T3 T5
A B
T2
C T6
T4
R
2005,11,11 Beijing
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感性负载引起的死区电 压畸变
V+
Desired load voltage
n0b n0a n0N
ω1c ω1b ω1a ω1N
ω1N < ω1a < ω1b <
恒功率调速
O
2005,11,11 Beijing
Te
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内
容
异步电机VVVF控制原理 通用变频器应用 异步电机VVVF控制的DSP实现方 法
2005,11,11 Beijing
V-
V+
PWM to top transistor
i+
iPWM to bottom transistor
Actual load voltage (for i+)
V-
During dead-time, load inductance defines voltage to keep inductive current flowing through diodes. Actual load voltage (for i-)
sine look-up table pointer calculation
DSP56F80x
M ωm
2005,11,11 Beijing
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三次谐波注入的机理
2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 0 2 4 6 8 10 12 14
2005,11,11 Beijing
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正弦脉宽调制技术SPWM
分类
谐波消去法 等面积法 采样法
采样法
自然采样法 规则采样法 对称规则采样法 不对称规则采样法
2005,11,11 Beijing
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正弦脉宽调制技术SPWM
正弦脉宽调制技术SPWM
Ts toff = − a 2 Ts ton = + a 2 Ts ' t on = + b 2 Ts ' t off = − b 2 Ts toff = (1 − M sin ωt1 ) 2 Ts ton = (1 + M sin ωt1 ) 2 Ts ' t on = (1 + M sin ωt 2 ) 2 Ts ' t off = (1 − M sin ωt 2 ) 2
内
容
异步电机VVVF控制原理 通用变频器应用 异步电机VVVF控制的DSP实现方 法
2005,11,11 Beijing
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异步电机
定子绕组 鼠笼转子
2005,11,11 Beijing
Email: @
异步电机中的旋转磁场
2005,11,11 Beijing
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Manifestation of Distortion on Motor Voltage and Current Waveforms
Voltage with Correction Disabled
Current zero crossing
100% PWM limit
Look-up Table
0% PWM limit
V1 sin (ω o t ) + V3 sin (3 ω o t ) A
4π⎞ ⎛ ⎟ + V3 sin (3ω o t + 4 π ) C V1 sin ⎜ ω o t + ⎝ 3 ⎠ 2005,11,11 Beijing
t off
t1
t on t on
t off
Ts / 2
Ts / 2
2005,11,11 Beijing
正弦脉宽调制技术SPWM
采样点只与载波比N有关 采样点与调制比M无关 适合于计算机控制