內燃機車變流器中半導體器件的調製方法

2023-10-07 21:10:19

內燃機車變流器中半導體器件的調製方法
【專利摘要】本發明涉及交流器中功率器件的控制方法，具體為內燃機車變流器中半導體器件的調製方法，包括異步SPWM調製方法、同步SPWM調製方法、特定消諧SHEPWM調製方法和單脈衝調製方法；在電機低頻段採用異步SPWM調製方法；隨著電機轉速的上升載波比逐漸減小時開始啟用同步SPWM調製方法；當載波比低於10時啟用特定消諧SHEPWM調製方法，當電機輸入電壓達到額定值時，最後由特定消諧SHEPWM調製方法過渡到單脈衝調製方法。本發明通過合理的調製方法有效解決了內燃機車變流器IGBT在較低的開關頻率下諧波大、損耗大的問題，並已在內燃機車變流器上成功應用，取得了良好的社會效益和經濟效益。
【專利說明】內燃機車變流器中半導體器件的調製方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及交流器中功率器件的控制方法，具體為內燃機車變流器中半導體器件的調製方法。

【背景技術】
[0002]在內燃機車交流傳動控制中，交流器的輸出端和電機的輸入端連接，交流器輸出的三相電作為電機的輸入三相電，電機做功，交流傳動控制中所用的變流器普遍採用大功率半導體器件，如IGBT、IGCT, GTO等，受到散熱等條件的限制，大功率半導體器件的最大開關頻率常常只有幾百赫茲，但是輸出調製波頻率最高可達到100?200Hz，因此載波比會在很大的範圍內變化，因此須合理使用PWM調製策略以滿足大功率半導體器件在不同頻率區段的控制要求。當載波比很低時，如果採用同步SPWM調製方法，將會產生較大的低次諧波和電壓誤差，並且很難過渡到方波工況，此時一般需要轉入優化PWM調製，對輸出電壓波形進行一定的優化。


【發明內容】

[0003]本發明為了解決交流器中大功率半導體器件的控制方法不合理的問題，提供了內燃機車變流器中半導體器件的調製方法。
[0004]本發明是採用如下的技術方案實現的:內燃機車變流器中半導體器件的調製方法，包括異步SPWM調製方法、同步SPWM調製方法、特定消諧SHEPWM調製方法和單脈衝調製方法；
[0005]在電機低頻段採用異步SPWM調製方法；隨著電機轉速的上升載波比逐漸減小時開始啟用同步SPWM調製方法；當載波比低於10時啟用特定消諧SHEPWM調製方法，當電機輸入電壓達到額定值時，最後由特定消諧SHEPWM調製方法過渡到單脈衝調製方法。
[0006]工作時，在電機的低頻段採用異步SPWM調製方法，可充分利用交流器中半導體器件的開關頻率，隨著電機轉速的上升、載波比逐漸減小則開始啟用同步SPWM調製方法，確保交流器三相輸出的對稱性，消除寄生諧波；當載波比低於10時，啟用特定消諧SHEPWM調製方法，從而減小電流低次諧波對系統性能的不利影響，最後為了充分利用交流器中直流母線電壓，電機工作於基頻以上時由特定消諧SHEPWM調製方法過渡到單脈衝調製方法。
[0007]上述的內燃機車變流器IGBT的調製方法，異步SPWM調製方法和同步SPWM調製方法採用不對稱規則採樣法，不對稱規則採樣法是既在載波三角波的頂點對稱軸位置採樣，又在三角波的底點對稱軸位置採樣，也就是每個載波周期採樣兩次，這樣所形成的階梯波與正弦波的逼近程度會比對稱規則採樣法大大提高。
[0008]本發明了提供了內燃機車變流器中半導體器件的調製方法，在非方波模式下，採用雙PI電流環分別控制交直軸的電流，同時控制電壓矢量的幅值和角度，從而達到控制電機轉矩的目的。但當進入方波模式以後，電壓矢量的幅值是固定的，直流電壓的利用率達到最大，此時由於電壓幅值不可控，而電壓相位可以改變。在此情況下，僅僅通過控制電壓相位無法兼顧對轉矩閉環和勵磁閉環的控制。為此，在方波模式下，將PI控制器切除，此時只通過給定值來計算電壓矢量，系統處於開環狀態，這樣系統即可在SHEPWM模式和方波模式間平滑切換。本發明通過合理的調製策略有效解決了內燃機車變流器IGBT在較低的開關頻率下諧波大、損耗大的問題，並已在內燃機車變流器上成功應用，取得了良好的社會效益和經濟效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是不對稱規則採樣SPWM原理圖。
[0010]圖2是奇數個開關角SHEPWM波形圖。
[0011]圖3是偶數個開關角SHEPWM波形圖。
[0012]圖4是內燃機車變流器調製方法圖。

【具體實施方式】
[0013]內燃機車變流器中半導體器件的調製方法，包括異步SPWM調製方法、同步SPWM調製方法、特定消諧SHEPWM調製方法和單脈衝調製方法；
[0014]在電機低頻段採用異步SPWM調製方法；隨著電機轉速的上升載波比逐漸減小時開始啟用同步SPWM調製方法；當載波比低於10時啟用特定消諧SHEPWM調製方法，當電機輸入電壓達到額定值時，最後由特定消諧SHEPWM調製方法過渡到單脈衝調製方法。
[0015]上述的內燃機車變流器中半導體器件的調製方法，異步SPWM調製方法和同步SPWM調製方法都採用不對稱規則採樣法。
[0016]由圖1可得，當在三角載波的頂點對稱軸位置tl時刻採樣時，則有

【權利要求】
1.內燃機車變流器中半導體器件的調製方法，其特徵在於包括異步SPWM調製方法、同步SPWM調製方法、特定消諧SHEPWM調製方法和單脈衝調製方法； 在電機低頻段採用異步SPWM調製方法；隨著電機轉速的上升載波比逐漸減小時開始啟用同步SPWM調製方法；當載波比低於10時啟用特定消諧SHEPWM調製方法，當電機輸入電壓達到額定值時，最後由特定消諧SHEPWM調製方法過渡到單脈衝調製方法。
2.根據權利要求1所述的內燃機車變流器中半導體器件的調製方法，其特徵在於異步SPWM調製方法和同步SPWM調製方法都採用不對稱規則採樣法。
【文檔編號】H02P27/04GK104201969SQ201410512829
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】李巖, 李國鋒, 詹哲軍, 餘華, 李勇斌, 陳建峰 申請人:永濟新時速電機電器有限責任公司