CN102723890A - 永磁同步电机过调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机过调制方法，包括：将调制区域分为五个区域，第四调制区时，将第一基本电压矢量和脉冲宽度调制周期，进行过调制；第五调制区时，将第二基本电压矢量和脉冲宽度调制周期，进行过调制。本发明能实现调制算法简单、减小输出电压与参考电压矢量的相对误差，提高主回路功率半导体器件的控制精度、减小半导体开关器件的功率损耗。

Description

永磁同步电机过调制方法

技术领域

本发明涉及电机的控制技术领域，更具体地说，涉及一种永磁同步电机过调制方法。

背景技术

目前，对于纯电动汽车驱动系统，一般采用内嵌式永磁同步电机系统，而为了提高直流母线电压的利用率，一般采用的过调制方法为空间矢量脉宽调制（SVPWM）方法，通过空间矢量脉宽调制（SVPWM）方法产生调制波给永磁同步电机供电。

空间矢量脉宽调制（SVPWM）方法是根据输入的参考电压矢量和当前直流母线电压，调节控制主回路功率半导体器件通断的脉冲信号的宽度，使主回路输出的基波电压等于输入的参考电压矢量。

对于一定的直流母线电压U_dc，利用空间矢量脉宽调制（SVPWM）方法逆变器能输出的最大不失真电压为

因此，当电机参考电压小于

时，参考电压矢量由逆变器的基本电压矢量作用一定的时间来合成，当参考电压大于

时，由于逆变器基本电压矢量作用时间之和大于一个开关周期，逆变器实际输出的电压因发生畸变而和参考电压不相同。

针对以上情况，传统的处理方法是将参考电压分为小于

和大于

两种情况。当参考电压小于

时，由基本电压矢量作用一定的时间来实际合成；当参考电压大于

时，将基本电压矢量的作用时间按照比例减小。但是，当参考电压为

时，由于逆变器将工作在六阶梯波模式，即进入方波工况，如果仍然采用将基本电压矢量的作用时间按照比例减小进行调制的方法，将会使输出电压与参考电压矢量的相对误差增大，主回路功率半导体器件的控制精度不高，半导体开关器件功率损耗增加。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种永磁同步电机过调制方法，以实现调制算法简单、减小输出电压与参考电压矢量的相对误差，提高主回路功率半导体器件的控制精度、减小半导体开关器件的功率损耗。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种永磁同步电机过调制方法，包括：

根据电机参考电压的相角和幅值将调制区分为第一调制区、第二调制区、第三调制区、第四调制区和第五调制区，并分别对所述第一调制区、第二调制区和第三调制区进行过调制；

当所述电机参考电压位于第四调制区时，将所述第一基本电压矢量作为所述电机的输入电压矢量，设置第一基本电压矢量的作用时间为脉冲宽度调制周期，根据所述第一基本电压矢量和脉冲宽度调制周期进行过调制；

当所述电机参考电压位于第五调制区时，将所述第二基本电压矢量作为所述电机的输入电压矢量，设置第二基本电压矢量的作用时间为脉冲宽度调制周期，根据第二基本电压矢量和脉冲宽度调制周期进行过调制。

优选地，所述根据电机参考电压的相角和幅值将调制区分为第一调制区、第二调制区、第三调制区、第四调制区和第五调制区具体为：

确定电机参考电压的幅值和相角

0°≤θ≤60°时为第一调制区；

确定电机参考电压的幅值和相角

0°≤θ≤60°时为第二调制区；

确定电机参考电压的幅值和相角且

或者

0°≤θ≤60°时为第三调制区；

确定电机参考电压的幅值和相角

且

0°≤θ≤30°时为第四调制区；

确定电机参考电压的幅值和相角且

0°≤θ≤30°时为第五调制区；

其中U为电机参考电压矢量，θ为电机参考电压相角，U_dc为直流母线电压。

优选地，所述对所述第一调制区进行过调制具体为：

$T1=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin (\mathrm{\π}/3-\mathrm{\θ})}{U_{\mathrm{dc}}}$

根据公式 $\begin{array}{c}T2=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin \mathrm{\θ}}{U_{\mathrm{dc}}}\\ T0=\mathrm{Ts}-T1-T2\end{array}$ 计算第一基本电压矢量、第二基本电压矢量和零矢量的作用时间；

其中，T1为第一基本电压矢量的作用时间，T2为第二基本电压矢量的作用时间，T0为零矢量的作用时间，U为电机参考电压矢量，θ为电机参考电压相角，U_dc为直流母线电压，Ts为脉冲宽度调制周期；

根据第一基本电压矢量T1、第二基本电压矢量T2和零矢量T0以及上述得出的作用时间T1、T2和T0进行过调制。

优选地，所述对所述第二调制区进行过调制具体为：

根据公式 $\begin{array}{c}T1=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin (\mathrm{\π}/3-\mathrm{\θ})}{U_{\mathrm{dc}}}\\ T2=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin \mathrm{\θ}}{U_{\mathrm{dc}}}\end{array}$ 计算第一基本电压矢量、第二基本电压矢量和零矢量的作用时间；

其中，T1为第一基本电压矢量的作用时间，T2为第二基本电压矢量的作用时间，U为电机参考电压矢量，θ为电机参考电压相角，U_dc为直流母线电压，Ts为脉冲宽度调制周期；

将第一基本电压矢量的作用时间T1和第二基本电压矢量的作用时间T2按公式 $\begin{array}{c}{T1}^{\′}=\frac{T1}{T1+T2}\mathrm{Ts}\\ {T2}^{\′}=\frac{T2}{T1+T2}\mathrm{Ts}\end{array}$ 进行等比例缩减；

其中，T1'为等比例缩减后的第一基本电压矢量的作用时间，T2'为等比例缩减后的第二基本电压矢量的作用时间，Ts为脉冲宽度调制周期；

根据第一基本电压矢量和第二基本电压矢量以及上述得出的作用时间T1'和T2'进行过调制。

优选地，所述对所述第三调制区进行过调制具体为：

根据公式 $\begin{array}{c}T1=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin (\mathrm{\π}/3-\mathrm{\θ})}{U_{\mathrm{dc}}}\\ T2=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin \mathrm{\θ}}{U_{\mathrm{dc}}}\end{array}$ 计算第一基本电压矢量和第二基本电压矢量的作用时间；

其中，T1为第一基本电压矢量的作用时间，T2为第二基本电压矢量的作用时间，U为电机参考电压矢量，θ为电机参考电压相角，U_dc为直流母线电压，Ts为脉冲宽度调制周期；

将第一基本电压矢量的作用时间T1和第二基本电压矢量的作用时间T2按公式 $\begin{array}{c}{T1}^{\′}=\frac{T1}{T1+T2}\mathrm{Ts}\\ {T2}^{\′}=\frac{T2}{T1+T1}\mathrm{Ts}\end{array}$ 进行等比例缩减；

其中，T1'为等比例缩减后的第一基本电压矢量的作用时间，T2'为等比例缩减后的第二基本电压矢量的作用时间，Ts为脉冲宽度调制周期；

根据第一基本电压矢量和第二基本电压矢量以及上述得出的作用时间T1'和T2'进行过调制。

从上述的技术方案可以看出，本发明公开的一种永磁同步电机过调制方法，当参考电压位于第四调制区时，将第一基本电压矢量作为所述电机的输入电压矢量，设置第一基本电压矢量的作用时间为脉冲宽度调制周期，根据第一基本电压矢量和脉冲宽度调制周期进行过调制；当参考电压位于第五调制区时，将第二基本电压矢量作为电机的输入电压矢量，设置第二基本电压矢量的作用时间为脉冲宽度调制周期，根据第二基本电压矢量和脉冲宽度调制周期进行过调制，减小了输出电压与参考电压矢量的相对误差，提高了主回路功率半导体器件的控制精度，减小了半导体开关器件的功率损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种永磁同步电机过调制方法的流程图；

图2为本发明实施例公开的一种永磁同步电机过调制方法的调制区示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种永磁同步电机过调制方法，以实现调制算法简单、减小输出电压与参考电压矢量的相对误差，提高主回路功率半导体器件的控制精度、减小半导体开关器件的功率损耗。

如图1所示，一种永磁同步电机过调制方法，包括：

S101、划分调制区，并分别对第一调制区、第二调制区和第三调制区进行过调制；

具体的，划分调制区为：根据电机参考电压的相角和幅值将调制区分为第一调制区、第二调制区、第三调制区、第四调制区和第五调制区；

S102、当电机参考电压位于第四调制区时，根据第一基本电压矢量和脉冲宽度调制周期进行过调制；

具体的，将第一基本电压矢量作为电机的输入电压矢量，设置第一基本电压矢量的作用时间为脉冲宽度调制周期；

S103、当电机参考电压位于第五调制区时，根据第二基本电压矢量和脉冲宽度调制周期进行过调制；

具体的，将第二基本电压矢量作为电机的输入电压矢量，设置第二基本电压矢量的作用时间为脉冲宽度调制周期。

具体的，当

且0°≤θ≤60°时为第一调制区，如图2中所示的OAH区域；其中U为电机参考电压矢量，θ为电机参考电压相角，U_dc为直流母线电压。

当电机参考电压位于OAH区域时，参考电压由基本电压矢量OB、OI及零矢量各自作用一定的时间T1、T2和T0组成，其中：

$T1=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin (\mathrm{\π}/3-\mathrm{\θ})}{U_{\mathrm{dc}}}$

$T2=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin \mathrm{\θ}}{U_{\mathrm{dc}}}$

T0=Ts-T1-T2

式中，θ为电机参考电压U的相角，U_dc为直流母线电压，Ts为脉冲宽度调制周期。

具体的，当

且0°≤θ≤60°时为第二调制区，如图2中所示的ABIH区域；其中U为电机参考电压矢量，θ为电机参考电压相角，U_dc为直流母线电压。

当电机参考电压位于ABIH区域时，计算出第一基本电压矢量OB和第二基本电压矢量OI分别作用的时间T1和T2，其中：

$T1=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin (\mathrm{\π}/3-\mathrm{\θ})}{U_{\mathrm{dc}}}$ （1）

$T2=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin \mathrm{\θ}}{U_{\mathrm{dc}}}$

其中，T1为第一基本电压矢量的作用时间，T2为第二基本电压矢量的作用时间，U为电机参考电压矢量，θ为电机参考电压相角，U_dc为直流母线电压，Ts为脉冲宽度调制周期；

由（1）式可得到：

$T1+T2=\mathrm{Ts}\frac{\left|U\right|}{U_{\mathrm{dc}}/\sqrt{3}}\cos (\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{6})---\left(2\right)$

由（2）式可得此时会出现T1+T2＞Ts的不合理情况，因此需要将基本电压矢量OB和OI分别作用的时间T1和T2进行等比例缩减，得到：

${T1}^{\′}=\frac{T1}{T1+T2}\mathrm{Ts}$ （3）

${T2}^{\′}=\frac{T2}{T1+T2}\mathrm{Ts}$

然后再根据第一基本电压矢量T1和第二基本电压矢量T2以及上述得出的作用时间T1'和T2'进行过调制。

具体的，当且或者

0°≤θ≤60°时为第三调制区，如图2所示的BFIE区域；其中U为电机参考电压矢量，θ为电机参考电压相角，U_dc为直流母线电压。

当电机参考电压位于BFIE区域时，调制方式与ABIH区域相同，在此不再赘述。

具体的，当

且

0°≤θ≤30°时为第四调制区域，如图2所示的BCF区域；其中U为电机参考电压矢量，θ为电机参考电压相角，U_dc为直流母线电压。

由公式（1） $\begin{array}{c}T1=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin (\mathrm{\π}/3-\mathrm{\θ})}{U_{\mathrm{dc}}}\\ T2=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin \mathrm{\θ}}{U_{\mathrm{dc}}}\end{array}$ 可知T1≥T2；

此时，将第一基本电压矢量OB作为电机的输入电压矢量，设置第一基本电压矢量的作用时间为脉冲宽度调制周期，第二基本电压矢量的作用时间为零，即T1=Ts，T2=0；

根据第一基本电压矢量OB和脉冲宽度调制周期Ts进行过调制。

具体的，当

且

0°≤θ≤30°时为第五调制区如图2所示的FKI区域时；其中U为电机参考电压矢量，θ为电机参考电压相角，U_dc为直流母线电压。

由公式（1） $\begin{array}{c}T1=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin (\mathrm{\&pi;}/3-\mathrm{\&theta;})}{U_{\mathrm{dc}}}\\ T2=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin \mathrm{\&theta;}}{U_{\mathrm{dc}}}\end{array}$ 可知T1<T2；

此时，将第二基本电压矢量OI作为电机的输入电压矢量，设置第二基本电压矢量的作用时间为脉冲宽度调制周期，第一基本电压矢量的作用时间为零，即T2=TS，T1=0；

根据第二基本电压矢量OI和脉冲宽度调制周期Ts进行过调制。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种永磁同步电机过调制方法，其特征在于，包括：

根据电机参考电压的相角和幅值将调制区分为第一调制区、第二调制区、第三调制区、第四调制区和第五调制区，并分别对所述第一调制区、第二调制区和第三调制区进行过调制；

当所述电机参考电压位于第四调制区时，将所述第一基本电压矢量作为所述电机的输入电压矢量，设置第一基本电压矢量的作用时间为脉冲宽度调制周期，根据所述第一基本电压矢量和脉冲宽度调制周期进行过调制；

当所述电机参考电压位于第五调制区时，将所述第二基本电压矢量作为所述电机的输入电压矢量，设置第二基本电压矢量的作用时间为脉冲宽度调制周期，根据第二基本电压矢量和脉冲宽度调制周期进行过调制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据电机参考电压的相角和幅值将调制区分为第一调制区、第二调制区、第三调制区、第四调制区和第五调制区具体为：

确定电机参考电压的幅值和相角0°≤θ≤60°时为第一调制区；

确定电机参考电压的幅值和相角

0°≤θ≤60°时为第二调制区；

确定电机参考电压的幅值和相角

且

或者

0°≤θ≤60°时为第三调制区；

确定电机参考电压的幅值和相角

且

0°≤θ≤30°时为第四调制区；

确定电机参考电压的幅值和相角

且

0°≤θ≤30°时为第五调制区；

其中U为电机参考电压矢量，θ为电机参考电压相角，U_dc为直流母线电压。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述第一调制区进行过调制具体为：

$T1=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin (\mathrm{\&pi;}/3-\mathrm{\&theta;})}{U_{\mathrm{dc}}}$

根据公式 $\begin{array}{c}T2=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin \mathrm{\&theta;}}{U_{\mathrm{dc}}}\\ T0=\mathrm{Ts}-T1-T2\end{array}$ 计算第一基本电压矢量、第二基本电压矢量和零矢量的作用时间；

其中，T1为第一基本电压矢量的作用时间，T2为第二基本电压矢量的作用时间，T0为零矢量的作用时间，U为电机参考电压矢量，θ为电机参考电压相角，U_dc为直流母线电压，Ts为脉冲宽度调制周期；

根据第一基本电压矢量T1、第二基本电压矢量T2和零矢量T0以及上述得出的作用时间T1、T2和T0进行过调制。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述第二调制区进行过调制具体为：

根据公式 $\begin{array}{c}T1=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin (\mathrm{\&pi;}/3-\mathrm{\&theta;})}{U_{\mathrm{dc}}}\\ T2=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin \mathrm{\&theta;}}{U_{\mathrm{dc}}}\end{array}$ 计算第一基本电压矢量、第二基本电压矢量和零矢量的作用时间；

其中，T1为第一基本电压矢量的作用时间，T2为第二基本电压矢量的作用时间，U为电机参考电压矢量，θ为电机参考电压相角，U_dc为直流母线电压，Ts为脉冲宽度调制周期；

将第一基本电压矢量的作用时间T1和第二基本电压矢量的作用时间T2按公式 $\begin{array}{c}{T1}^{\&prime;}=\frac{T1}{T1+T2}\mathrm{Ts}\\ {T2}^{\&prime;}=\frac{T2}{T1+T2}\mathrm{Ts}\end{array}$ 进行等比例缩减；

其中，T1'为等比例缩减后的第一基本电压矢量的作用时间，T2'为等比例缩减后的第二基本电压矢量的作用时间，TS为脉冲宽度调制周期；

根据第一基本电压矢量和第二基本电压矢量以及上述得出的作用时间T1'和T2'进行过调制。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述第三调制区进行过调制具体为：

根据公式 $\begin{array}{c}T1=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin (\mathrm{\&pi;}/3-\mathrm{\&theta;})}{U_{\mathrm{dc}}}\\ T2=\frac{\sqrt{3}\mathrm{Ts}\left|U\right|\sin \mathrm{\&theta;}}{U_{\mathrm{dc}}}\end{array}$ 计算第一基本电压矢量和第二基本电压矢量的作用时间；

其中，T1为第一基本电压矢量的作用时间，T2为第二基本电压矢量的作用时间，U为电机参考电压矢量，θ为电机参考电压相角，U_dc为直流母线电压，Ts为脉冲宽度调制周期；

将第一基本电压矢量的作用时间T1和第二基本电压矢量的作用时间T2按公式 $\begin{array}{c}{T1}^{\&prime;}=\frac{T1}{T1+T2}\mathrm{Ts}\\ {T2}^{\&prime;}=\frac{T2}{T1+T2}\mathrm{Ts}\end{array}$ 进行等比例缩减；

其中，T1'为等比例缩减后的第一基本电压矢量的作用时间，T2'为等比例缩减后的第二基本电压矢量的作用时间，Ts为脉冲宽度调制周期；

根据第一基本电压矢量和第二基本电压矢量以及上述得出的作用时间T1'和T2'进行过调制。