CN102843096B - 控制n电平逆变器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制N电平逆变器的方法。根据本发明的方法，当N电平逆变器进入第一开关状态时开始计数、且所计数值等于第一开关状态的预定持续时间时，输出使N电平逆变器进入第二开关状态的状态调整信号；当N电平逆变器进入第二开关状态时开始计数、且所计数值等于第二开关状态的预定持续时间时，输出使N电平逆变器进入第一开关状态的状态调整信号，如此多次重复，多个第一开关状态与第二开关状态各自对应的电压空间矢量形成的运动轨迹逼近2π/(2^3(N-1)-2)圆弧，进而，电机在受本发明的方法所控制的N电平逆变器的作用下，所形成的旋转磁场更逼近圆形。

Description

控制N电平逆变器的方法

技术领域

本发明涉及控制领域，特别涉及一种控制N电平逆变器的方法。

背景技术

用于电机的变频调速的控制方法中，主要有电压调速的SPWM法、电流跟踪法和空间矢量法。其中，SPWM控制法着眼于使逆变器输出的电压尽量接近正弦波；电流跟踪控制法则直接着眼于输出电流是否按正弦变化；电压空间矢量控制法是基于磁链的轨迹是由电压空间矢量相加得到，故通过跟踪圆形旋转磁场即可控制PWM电压。

如图1所示，其为2电平结构的三相PWM逆变器与电机连接示意图。其中，三相PWM逆变器包括六个功率开关V1、V2、V3、V4、V5及V6。为使电机对称工作，必须三相同时供电：即在时刻处于不同桥臂的三个功率开关同时导通，而相应桥臂的另三个功率开关则处于关断状态。由此，由逆变器的拓扑结构看，功率开关共有八种工作状态，即功率开关V6、V1、V2导通、功率开关V1、V2、V3导通、功率开关V2、V3、V4导通、功率开关V3、V4、V5导通、功率开关V4、V5、V6导通、功率开关V5、V6、V1导通、功率开关V1、V3、V5导通以及功率开关V2、V4、V6导通共八种状态；如果上桥臂的功率开关导通用“1”来表示，关断用“O”表示，并依abc相顺序依次排列，则八种工作状态可表示为100、110、010、011、001、101与1ll、000八组数字。

对于每一个有效的工作状态，三相电压UAO、UBO和UCO可合成为一个电压空间矢量，例如，对于工作状态100，相应的三相电压UAO、UBO和UCO合成为电压空间矢量u1；对于工作状态110，相应的三相电压UAO、UBO和UCO合成为电压空间矢量u2；……由此，100、110、010、011、001、101与1ll、000八种工作状态各自对应的三相电压UAO、UBO和UCO可分别合成为电压空间矢量u1、u2、u3、u4、u5、u6、u7、u8，其中，电压空间矢量u7与u8为零空间矢量，电压空间矢量u1、u2、u3、u4、u5、u6的幅值相等，相位不同。随着2电平结构的逆变器的工作状态的不断切换，电机电压空间矢量的相位跟着做相应的变化，经过一个周期，电压空间矢量u6的顶端恰好与电压空间矢量u1尾端衔接，也就是，在一个周期后，六个非零电压空间矢量共转过2π角度，形成一个封闭的正六边形，如图2所示，该电压空间矢量运动所形成的六边形轨迹被视为磁链矢量的运动轨迹。

由于由2电平结构的逆变器供电的异步电机只能形成正六边形的旋转磁场，不利于电机的匀速旋转。同样，对于由3电平结构、……或N电平结构的逆变器供电的异步电机，其形成的旋转磁场与圆形相差甚多，因此，需要对控制逆变器开关的控制方法予以改进，以便由逆变器供电的异步电机能形成更为逼近圆形的旋转磁场。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种控制N电平逆变器的方法，以使电机所形成的旋转磁场更逼近圆形。

为达上述目的及其他目的，本发明公开一种控制N电平逆变器的方法，其特征在于包括步骤：a、当由N电平逆变器第i次进入第一开关状态时开始计数、且所计数值等于第一开关状态的第i个预定持续时间时，输出使N电平逆变器进入第二开关状态的状态调整信号，其中，i=1、2、……m，m为大于或等于2的预定常数；b、当由N电平逆变器第j次进入第二开关状态时开始计数、且所计数值等于第二开关状态的第j个预定持续时间时，输出使N电平逆变器进入第一开关状态的状态调整信号，其中，j=1、2、……m-1；c、当由N电平逆变器最后一次进入第二开关状态时开始计数、且所计数值等于第二开关状态的最后一个预定持续时间时，基于该N电平逆变器所控制的电机的转动方向输出使N电平逆变器进入第三开关状态、第一零开关状态或保持第二开关状态的状态调整信号，其中，步骤a与b中各第一开关状态与第二开关状态对应的电压空间矢量以及本步骤中第二开关状态对应的电压空间矢量形成的运动轨迹逼近2π/(2^3(N-1)-2)圆弧。

更进一步地，该步骤a包括步骤：a1、基于N电平逆变器的第一开关状态的m个预定持续时间来设置至少一个第一比较单元的参考值；a2、当第一计数单元由N电平逆变器的第i次进入第一开关状态时开始计数、且所计数值与基于第i个预定持续时间所设置的第一比较单元的参考值匹配时，输出使N电平逆变器进入第二开关状态的状态调整信号。当该第一比较单元的数量为1时，在第一计数单元第k次所计数值与相应的参考值匹配后再基于该N电平逆变器的第一开关状态的第k+1个预定持续时间来再次设置第一比较单元的参考值，其中，k=1、2……m-1。第一计数单元包括定时器；第一比较单元包括寄存器。该定时器包括增计数的定时器、减计数的定时器及增/减计数的定时器中的一种。

更进一步地，该步骤b包括步骤：b1、基于N电平逆变器的第二开关状态的m个预定持续时间来设置至少一个第二比较单元的参考值；b2、当第二计数单元由N电平逆变器的第j次进入第二开关状态时开始计数、且所计数值与基于第j个预定持续时间所设置的第二比较单元的参考值匹配时，输出使N电平逆变器进入第一开关状态的状态调整信号。当该第二比较单元的数量为1时，在第二计数单元第k次所计数值与相应的参考值匹配后再基于该N电平逆变器的第二开关状态的第k+1个预定持续时间来再次设置第二比较单元的参考值，其中，k=1、2……m-1。该第二计数单元包括定时器，第二比较单元包括寄存器。该定时器包括增计数的定时器、减计数的定时器及增/减计数的定时器中的一种。

更进一步地，该步骤c还包括步骤：c1、基于N电平逆变器的第一开关状态的m个预定持续时间与第二开关状态的m个预定持续时间之和来设置第三比较单元的参考值；c2、第三计数单元由步骤a第一次开始计数时开始计数、且所计数值与该第三比较单元的参考值匹配时，基于该N电平逆变器所控制的电机的转动方向输出使N电平逆变器进入第三开关状态的状态调整信号；该第三计数单元包括定时器，第三比较单元包括寄存器。该定时器包括增计数的定时器、减计数的定时器及增/减计数的定时器中的一种。

更进一步地，当m为偶数，且第一开关状态的第m/2+h个预定持续时间等于第m/2-h+1个预定持续时间、第二开关状态的第m/2+h个预定持续时间等于第m/2-h+1个预定持续时间，其中，h=1、2、…m/2，则在步骤c之前，该方法还包括步骤：

-由N电平逆变器第一次进入第一开关状态时开始计数、且所计数值等于N电平逆变器的第一开关状态的m个预定持续时间与第二开关状态的m个预定持续时间之和的一半时，输出使N电平逆变器的进入第二零开关状态的状态调整信号；

-当由N电平逆变器的进入第二零开关状态开始计数、且所计数值等于第二零开关状态的第二预定作用时间时，输出使N电平逆变器进入第一开关状态的状态调整信号。

更进一步地，当N电平逆变器进入第三开关状态，该控制N电平逆变器的方法还包括步骤：d1、以第二开关状态取代步骤a中的第一开关状态、第三开关状态取代步骤b中的第二开关状态、以第三开关状态的预定持续时间的个数取代步骤a及b中的m，并将步骤a中的i的取值范围调整为：i=1,2，……第三开关状态的预定持续时间的个数减1、步骤b中的j的取值范围调整为：i=1,2，……第三开关状态的预定持续时间的个数；d2、基于与该第三开关状态的预定持续时间的个数相同数量、且步骤d1中取代第一开关状态的第二开关状态的新的预定持续时间，来重复步骤a及b；d3、当由N电平逆变器最后一次进入第一开关状态时开始计数、且所计数值等于第一开关状态的最后一个预定持续时间时，基于该N电平逆变器所控制的电机的转动方向输出使N电平逆变器进入第三开关状态、零开关状态或保持第二开关状态的状态调整信号，其中，步骤d2中的各第一开关状态与第二开关状态对应的电压空间矢量及本步骤中的第一开关状态对应的电压空间矢量所形成的运动轨迹接近2π/(2^3(N-1)-2)圆弧；d4、当步骤d3输出使N电平逆变器进入第三开关状态的状态调整信号，则重复步骤d1、d2及d3，以使该N电平逆变器所控制的电机形成逼近圆形的旋转磁场。

更进一步地，当N电平逆变器基于保持第二开关状态的状态调整信号而保持第二开关状态时，则该控制N电平逆变器的方法还包括步骤：e1、以第二开关状态取代步骤a中的第一开关状态、第三开关状态取代步骤b中的第二开关、以第三开关状态的预定持续时间的个数取代步骤a及b中的m；e2、基于与该第三开关状态的预定持续时间的个数相同数量、且步骤e1中取代第一开关状态的第二开关状态的新的预定持续时间，来重复步骤a、b及c；e3、当步骤c输出使N电平逆变器保持第二开关状态的状态调整信号，则重复步骤e1与e2，以使该N电平逆变器所控制的电机形成逼近圆形的旋转磁场。

更进一步地，当N电平逆变器进入第一零开关状态的状态调整信号后，该控制N电平逆变器的方法还包括步骤：f1、当由N电平逆变器的进入第一零开关状态开始计数、且所计数值等于第一零开关状态的第一预定作用时间时，基于该N电平逆变器所控制的电机的转动方向输出使N电平逆变器进入第三开关状态或第二开关状态的状态调整信号。

提供的控制N电平逆变器的方法，其包括步骤：

a、当由N电平逆变器第i次进入第一开关状态时开始计数、且所计数值等于第一开关状态的第i个预定持续时间时，输出使N电平逆变器进入第二开关状态的状态调整信号，其中，i=1、2、……m，m为大于或等于2的预定常数；

b、当由N电平逆变器第j次进入第二开关状态时开始计数、且所计数值等于第二开关状态的第j个预定持续时间时，输出使N电平逆变器进入第一开关状态的状态调整信号，其中，j=1、2、……m-1；

c、当由N电平逆变器最后一次进入第二开关状态时开始计数、且所计数值等于第二开关状态的最后一个预定持续时间时，基于所述该如上所述，本发明的控制N电平逆变器的方法具有以下优点：使得电机受本发明的方法所控制的N电平逆变器的作用下，能形成更逼近圆形的旋转磁场。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1为现有2电平逆变器和电机的原理图;

图2为2电平逆变器的电压空间矢量轨迹图;

图3为本发明的控制N电平逆变器的方法的流程图;

图4为6电压空间矢量控制状态变化图;

图5为本发明的控制N电平逆变器的方法所形成的电压空间矢量轨迹图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

请参见图3，在步骤S1中，当由N电平逆变器第i次进入第一开关状态时开始计数、且所计数值等于第一开关状态的第i个预定持续时间时，输出使N电平逆变器进入第二开关状态的状态调整信号，其中，i=1、2、……m，m为大于等于2的预定常数。

其中，N为大于等于2的常数。

例如，当由2电平逆变器第1次进入第一开关状态100时开始计数、且所计数值等于第一开关状态100的第1个预定持续时间时，输出使2电平逆变器进入第二开关状态101的状态调整信号；由此，当2电平逆变器第1次保持第一开关状态100时，相当于向电机提供电压空间矢量ur21[1]；同样，当2电平逆变器第2次保持第一开关状态100时，相当于向电机提供电压空间矢量ur22[1]；……当2电平逆变器第m次保持第一开关状态100时，相当于向电机提供电压空间矢量ur2m[1]。

在步骤S2中，当由N电平逆变器第j次进入第二开关状态时开始计数、且所计数值等于第二开关状态的第j个预定持续时间时，输出使N电平逆变器进入第一开关状态的状态调整信号，其中，j=1、2、……m-1。

例如，当由2电平逆变器第1次进入第二开关状态101时开始计数、且所计数值等于第二开关状态101的第1个预定持续时间时，输出使2电平逆变器进入第一开关状态100的状态调整信号，由此，当所述2电平逆变器第1次保持第二开关状态101时，相当于向电机提供电压空间矢量ur21[2]；同样，当2电平逆变器第2次保持第二开关状态101时，相当于向电机提供电压空间矢量ur22[2]；……当2电平逆变器第m-1次保持第二开关状态101时，相当于向电机提供电压空间矢量ur2（m-1）[2]。

在步骤S3中，当由N电平逆变器最后一次进入第二开关状态时开始计数、且所计数值等于第二开关状态的最后一个预定持续时间时，基于所述N电平逆变器所控制的电机的转动方向输出使N电平逆变器进入第三开关状态、第一零开关状态或保持第二开关状态的状态调整信号，其中，步骤S1与S2中各第一开关状态与第二开关状态对应的电压空间矢量以及本步骤中第二开关状态对应的电压空间矢量形成的运动轨迹接近2π/(2^3(N-1)-2)圆弧。

例如，基于前述步骤S1及S2的重复执行，当由2电平逆变器第m次进入第一开关状态100时开始计数、且所计数值等于第一开关状态100的第m个预定持续时间时，2电平逆变器最后一次（即第m次）进入第二开关状态101，此时又开始计数、且所计数值等于第二开关状态101的最后一个预定持续时间（即第m个预定持续时间）时，基于所述2电平逆变器所控制的电机的逆时针转动方向输出使2电平逆变器进入第三开关状态001（即第二开关状态101的逆时针方向的下一开关状态）、零开关状态（即000或111）或保持第二开关状态101的状态调整信号；若基于所述2电平逆变器所控制的电机的顺时针转动方向输出使2电平逆变器进入第三开关状态110（即第二开关状态101的顺时针方向的下一开关状态）、第一零开关状态（即000或111）或保持第二开关状态101的状态调整信号；显然，所述2电平逆变器第m次保持第二开关状态101，相当于向电机提供电压空间矢量ur2m[2]。其中，2电平逆变器的逆时针方向及顺时针方向的状态变化图如图4所示，由图可见，第二开关状态101的逆时针方向的下一开关状态，即第三开关状态为001，第二开关状态101的顺时针方向的下一开关状态，即第三开关状态为110。

由上所述，对于2电平逆变器，在步骤S1、S2及S3执行后，相当于依次向电机提供了电压空间矢量ur21[1]（对应于2电平逆变器第1次保持第一开关状态100）、ur21[2]（对应于2电平逆变器第1次保持第二开关状态101）、ur22[1]（对应于2电平逆变器第2次保持第一开关状态100）、ur22[2]（对应于2电平逆变器第2次保持第二开关状态101）、……电压空间矢量ur2m[1]（对应于2电平逆变器第m次保持第一开关状态100）、ur2m[2]（对应于2电平逆变器第m次保持第二开关状态101）；其中，电压空间矢量ur21[1]与ur21[2]的合矢量为ur21；电压空间矢量ur22[1]与ur22[2]的合矢量为ur22；……电压空间矢量ur2m[1]与ur2m[2]的合矢量为ur2m；该些合矢量ur21、ur22、……ur2m的运动轨迹如图5，由图可见，该些合矢量ur21、ur22、……ur2m的运动轨迹，相较于电压空间矢量u2，更逼近2/(2^3(N-1)-2)=π/3圆弧。

以下将通过数学分析来阐述该些合矢量ur21、ur22、……ur2m的运动轨迹能更为逼近π/3圆弧的原因。

对于2电平逆变器，当其6个非零开关状态100、101、001、011、010、110在一个周期内仅出现一次时，此种情形下的2电平逆变器在一个周期内相当于向电机提供的电压空间矢量u1、u2、u3、u4、u5、u6轨迹如图5所示的正六边形。根据数学理论可知，任何一二维空间矢量，均可是多个子矢量的合矢量，基于该数学理论，可预先将电压空间矢量u2分解为前述的合矢量ur21、ur22、……ur2m，而每一个合矢量又可再分解为两个电压空间矢量，即将合矢量ur21分解为电压空间矢量ur21[1]与ur21[2]；将合矢量ur22分解为电压空间矢量ur22[1]与ur22[2]；……将合矢量ur2m分解为电压空间矢量ur2m[1]与ur2m[2]；而且，电压空间矢量ur21[1]、ur22[1]、……ur2m[1]与电压空间矢量u1的方向相同、但长度不同；电压空间矢量ur21[2]、ur22[2]、……ur2m[2]与电压空间矢量u2的方向相同、但长度不同，本领域技术人员应该理解，电压空间矢量的长度与该电压空间矢量所对应的开关状态的持续时间有关，故通过预先的计算可确定电压空间矢量ur21[1]、ur22[1]、……ur2m[1]各自所对应的第一开关状态的持续时间、以及电压空间矢量ur21[2]、ur22[2]、……ur2m[2]各自所对应的第二开关状态的持续时间。

经过上述分析，本领域技术人员应该理解，基于多次的开关状态的变换，能使电压空间矢量的轨迹，较单一电压空间矢量更逼近圆弧形状。

作为一种优选方式，若N电平逆变器进入第三开关状态，则根据本发明的方法，还包括步骤S411（未予图示）、S412（未予图示）、S413（未予图示）及S414（未予图示）。

在步骤S411中，以第二开关状态取代步骤S1中的第一开关状态、第三开关状态取代步骤S2中的第二开关状态、以第三开关状态的预定持续时间的个数取代步骤S1及S2中的m，并将步骤S1中的i的取值范围调整为：i=1,2，……第三开关状态的预定持续时间的个数减1、步骤S2中的j的取值范围调整为：i=1,2，……第三开关状态的预定持续时间的个数。

例如，当步骤S3执行后，2电平逆变器进入第三开关状态001，则以第二开关状态101取代步骤S1中的第一开关状态100、以第三开关状态001取代步骤S2中的第二开关状态101、以第三开关状态001的预定持续时间的个数m2取代步骤S1及S2中的m，并将步骤S1中的i的取值范围调整为：i=1,2，……第三开关状态的预定持续时间的个数-1（即m3-1）、步骤S2中的j的取值范围调整为：i=1,2，……第三开关状态的预定持续时间的个数（即m3）。

接着，在步骤S412，基于与所述第三开关状态的预定持续时间的个数相同数量、且步骤S411中取代第一开关状态的第二开关状态的新的预定持续时间，来重复步骤S2及S1。

其中，取代第一开关状态的第二开关状态的一个预定持续时间所对应的电压空间矢量与第三开关状态的一个预定持续时间所对应的电压空间矢量组合成一个合矢量，所有合矢量合成为矢量P1，对于N电平逆变器，当其在一个周期内每一种开关状态仅出现一次时，则其仅向电机提供2π/(2^3(N-1)-2)个非零电压空间矢量，而矢量P就是该2π/(2^3(N-1)-2)个非零电压空间矢量中第三开关状态所对应的电压空间矢量。

例如，对于2电平逆变器，在步骤S411执行后，由于2电平逆变器进入第二开关状态001，则在其进入2电平逆变器进入第二开关状态001时开始计数，并当所计数值等于第二开关状态001的第1个预定持续时间时，输出使2电平逆变器进入第一开关状态101的状态调整信号，由此，当所述2电平逆变器第1次保持第二开关状态001时，相当于向电机提供电压空间矢量ur31[2]；接着，在2电平逆变器进入第一开关状态101时开始计数、且当所计数值等于第一开关状态101的第1个预定持续时间时，输出使2电平逆变器进入第二开关状态001的状态调整信号，由此，当所述2电平逆变器第1次保持第一开关状态101时，相当于向电机提供电压空间矢量ur31[1]；接着，2电平逆变器第二次进入第二开关状态001，该2电平逆变器第2次保持第二开关状态001，相当于向电机提供电压空间矢量ur32[2]；……当2电平逆变器第m3次保持第二开关状态001时，相当于向电机提供电压空间矢量ur3m3[2]；当2电平逆变器第m3次进入第二开关状态001时开始计数、且所计数值等于第二开关状态001的第m3个预定持续时间时，则输出使2电平逆变器进入第一开关状态101的状态调整信号，由此，2电平逆变器第m3次（也就是最后一次）进入第一开关状态101。

接着，在步骤S413中，当由N电平逆变器最后一次进入第一开关状态时开始计数、且所计数值等于第一开关状态的最后一个预定持续时间时，基于所述N电平逆变器所控制的电机的转动方向输出使N电平逆变器进入第三开关状态、第一零开关状态或保持第二开关状态的状态调整信号，其中，步骤S412中的各第一开关状态与第二开关状态对应的电压空间矢量及本步骤中的第一开关状态对应的电压空间矢量所形成的运动轨迹逼近2π/(2^3(N-1)-2)圆弧。

例如，在步骤S412执行后，2电平逆变器最后一次（即第m3次）进入第一开关状态101，此时开始计数、且所计数值等于第一开关状态101的最后一个（即第m3个）预定持续时间时，基于所述2电平逆变器所控制的电机的转动方向输出使2电平逆变器进入第三开关状态（即第二开关状态001的下一状态）、零开关状态（000或111）或保持第二开关状态001的状态调整信号，相应地，所述2电平逆变器第m3次保持第一开关状态101，相当于向电机提供电压空间矢量ur3m3[1]。

由上所述，步骤S411、S412及S413执行后，相当于依次向电机提供了电压空间矢量ur31[2]（对应于2电平逆变器第1次保持第二开关状态001）、ur31[1]（对应于2电平逆变器第1次保持第一开关状态101）、ur32[2]（对应于2电平逆变器第2次保持第二开关状态001）、ur32[1]（对应于2电平逆变器第2次保持第一开关状态101）、……电压空间矢量ur2m3[2]（对应于2电平逆变器第m3次保持第二开关状态001）、ur2m3[1]（对应于2电平逆变器第m3次保持第一开关状态101）；其中，电压空间矢量ur31[2]与ur31[1]的合矢量为ur31；电压空间矢量ur32[2]与ur32[1]的合矢量为ur32；……电压空间矢量ur3m3[2]与ur3m3[1]的合矢量为ur3m3；该些合矢量ur31、ur32、……ur3m3的运动轨迹如图5，由图可见，该些合矢量ur31、ur32、……ur3m3的运动轨迹，相较于电压空间矢量u3，更逼近2π/(2^3(N-1)-2)=π/3圆弧。

本领域技术人员基于前述合矢量ur21、ur22、……ur2m的运动轨迹能更为逼近π/3圆弧的原因，应该能够理解合矢量ur31、ur32、……ur3m3的运动轨迹也能更为逼近π/3圆弧的原因，也应能够理解确定m3个第二开关状态001的预定持续时间及m3个第一开关状态101的预定持续时间的方式，故在此不再详述。

接着，在步骤S414中，当步骤S413输出使N电平逆变器进入第三开关状态的状态调整信号，则重复步骤S411、S412、及S413，以使所述N电平逆变器所控制的电机形成逼近圆形的旋转磁场。

例如，步骤S413执行后，2电平逆变器进入第三开关状态011，则以第二开关状态001取代前述步骤S411中的第一开关状态101、第三开关状态011取代前述步骤S412中的第二开关状态001、以第三开关状态011的预定持续时间的个数m4取代步骤S411及S412中的m3，并将前述步骤S311中的i的取值范围调整为：i=1,2，……m4-1、前述步骤S412中的j的取值范围调整为：j=1,2，……m4；接着，再进行步骤S412、S413，……如此不断重复步骤S411、S412、及S413，直至以第二开关状态110取代前述步骤S411中的第一开关状态010、第三开关状态100取代前述步骤S412中的第二开关状态110、以第三开关状态100的预定持续时间的个数m1取代步骤S411及S412中的m6，并将前述步骤S411中的i的取值范围调整为：i=1,2，……m1-1、前述步骤S412中的j的取值范围调整为：j=1,2，……m1；接着再进行步骤S412、S413后，完成了2电平逆变器一个周期的开关状态的变换，其向电机提供的电压空间矢量的运动轨迹如图5所示，即依次为合矢量ur21、ur22、…ur2m、ur31、…ur3m3、ur41、…ur4m4、ur51、…ur5m5、ur61、…ur6m6、ur11、…ur1m1，如图所示，该些合矢量的运动轨迹转过2π角度，相较于仅由电压空间矢量u1、u2、……u6所形成的正六边形，该些合矢量的运动轨迹更逼近圆形。

需要说明的是，本领域技术人员基于前述合矢量ur21、ur22、……ur2m的运动轨迹能更为逼近π/3圆弧的原因，应该能够理解合矢量ur41、…ur4m4、合矢量ur51、…ur5m5、合矢量ur61、…ur6m6、合矢量ur11、…ur1m1各自均逼近2π/(2^3(N 1)-2)=π/3圆弧的原因，也应能够理解确定m4个开关状态011的预定持续时间及m4个开关状态001的预定持续时间、m5个开关状态010的预定持续时间及m5个开关状态011的预定持续时间、m6个开关状态110的预定持续时间及m6个开关状态010的预定持续时间、m1个开关状态100的预定持续时间及m1个开关状态110的预定持续时间的方式故在此不再详述。

在步骤S414中，若当步骤S413输出使N电平逆变器保持第二开关状态的状态调整信号，则接着执行步骤S421与步骤422；若当步骤S413输出使N电平逆变器进入第一零开关状态的状态调整信号，则接着执行步骤S431。其中，步骤S421、步骤422及步骤S431容后陈述。

作为另一种优选方式，若N电平逆变器基于保持第二开关状态的状态调整信号而保持第二开关状态，则根据本发明的方法，还包括步骤S421（未予图示）、S422（未予图示）、及S423（未予图示）。

在步骤S421中，以第二开关状态取代步骤S1中的第一开关状态、第三开关状态取代步骤S2中的第二开关、以第三开关状态的预定持续时间的个数取代步骤S1及S2中的m。

例如，当步骤S3第一次执行后，2电平逆变器进入第二开关状态101，则以第二开关状态101取代前述步骤S1中的第一开关状态100、第三开关状态001取代前述步骤S2中的第二开关状态101、以m3取代步骤S1及S2中的m。

接着，在步骤S422中，基于与所述第三开关状态的预定持续时间的个数相同数量、且步骤S421中取代第一开关状态的第二开关状态的新的预定持续时间，来重复步骤S1、S2及S3。

其中，取代第一开关状态的第二开关状态的一个预定持续时间所对应的电压空间矢量与第三开关状态的一个预定持续时间所对应的电压空间矢量组合成一个合矢量，所有合矢量合成为矢量P，对于N电平逆变器，当其在一个周期内每一种开关状态仅出现一次时，则其仅向电机提供2π/(2^3(N-1)-2)个非零电压空间矢量，而矢量P就是该2π/(2^3(N-1)-2)个非零电压空间矢量中第三开关状态所对应的电压空间矢量。

例如，对应2电平逆变器，取代第一开关状态100的第二开关状态101的一个预定持续时间所对应的电压空间矢量ur31[1]与第三开关状态001的一个预定持续时间所对应的电压空间矢量ur31[2]组合成一个合矢量ur31、取代第一开关状态100的第二开关状态101的另一个预定持续时间所对应的电压空间矢量ur32[1]与第三开关状态001的一个预定持续时间所对应的电压空间矢量ur32[2]组合成一个合矢量ur32、……取代第一开关状态100的第二开关状态101的最后一个预定持续时间所对应的电压空间矢量ur3m3[1]与第三开关状态001的一个预定持续时间所对应的电压空间矢量ur3m3[2]组合成一个合矢量ur3m3，该些合矢量ur31、ur32、……ur3m3合成为2电平逆变器第三开关状态001所对应的电压空间矢量u3，如图5所示。

接着，在步骤S423中，当步骤S3输出使N电平逆变器保持第二开关状态的状态调整信号，则重复步骤S421与S422，以使得所述N电平逆变器所控制的电机形成逼近圆形的旋转磁场。

例如，步骤S422执行后，2电平逆变器进入第二开关状态001，则以第二开关状态001取代前述步骤S1中的第一开关状态101、第三开关状态011取代前述步骤S2中的第二开关状态001、以第三开关状态011的预定持续时间的个数m4取代步骤S1及S2中的m3；接着，再进行步骤S422、S423，……直至以第二开关状态110取代前述步骤S1中的第一开关状态010、第三开关状态100取代前述步骤S2中的第二开关状态110、以m1取代步骤S1及S2中的m6，接着执行步骤S422后，完成了2电平逆变器一个周期的开关状态的变换，其向电机提供的电压空间矢量的运动轨迹如图5所示，即依次为合矢量ur21、u r22、…ur2m、ur31、…ur3m3、ur41、…ur4m4、ur51、…ur5m5、ur61、…ur6m6、ur11、…ur1m1，如图所示，该些合矢量的运动轨迹转过2π角度，相较于仅由电压空间矢量u1、u2、……u6所形成的正六边形，该些合矢量的运动轨迹更逼近圆形。

在步骤S423中，当步骤S3输出使N电平逆变器进入第三开关状态的状态调整信号，则接着执行步骤S411、步骤412及步骤413；若步骤S3输出使N电平逆变器进入第一零开关状态的状态调整信号，则接着执行步骤S431。其中，所述步骤S431容后陈述。

作为又一种优选方式，若N电平逆变器进入第一零开关状态，则根据本发明的方法，还包括步骤S431（未予图示）。

在步骤S431中，当由N电平逆变器的进入第一零开关状态（即000或111）开始计数、且所计数值等于零开关状态的第二预定作用时间时，基于所述N电平逆变器所控制的电机的转动方向输出使N电平逆变器进入第三开关状态或第二开关状态的状态调整信号。

接着，若N电平逆变器进入第三开关状态，则继续执行步骤S411、S412及S413；若N电平逆变器进入第二开关状态，则继续执行步骤S421及S422。

其中，所述第一零开关状态的第一预定作用时间基于N电平逆变器提供的电压空间矢量中的零空间矢量的作用时间来确定。例如，2电平逆变器提供的8个电压空间矢量中的零空间矢量的作用时间为1/4个周期，则所述第一零开关状态的第一预定作用时间可为小于1/4个周期的值。不过，需要说明的是，一个周期内若2电平逆变器多次进入第一零开关状态及第二零开关状态（容后陈述），则所有第一零开关状态的持续时间及所有第二零开关状态的持续时间之和等于1/4个周期。

例如，当步骤S3第一次执行后，2电平逆变器的进入第一零开关状态（即000或111），此时开始计数，且所计数值等于零开关状态的第一预定作用时间时，基于所述2电平逆变器所控制的电机的逆时针转动方向输出使2电平逆变器进入第三开关状态001或第二开关状态101的状态调整信号。

作为又一种优选方式，前述步骤S1还包括步骤S11（未予图示）与S12（未予图示）。

在步骤S11中，基于N电平逆变器的第一开关状态的m个预定持续时间来设置至少一个第一比较单元的参考值。

其中，所述第一比较单元包括任何能设置参考值的器件，优选地，包括但不限于：寄存器等。若有m个第一比较单元，则直接将m个预定持续时间分别设置至一个第一比较单元中；若第一比较单元的数量小于m，则有第一比较单元会被再次设置参考值。

例如，将预定持续时间t11、t12、……t1m分别写入一个寄存器中。

在步骤S12中，当第一计数单元由N电平逆变器的第i次进入第一开关状态时开始计数、且所计数值与基于第i个预定持续时间所设置的第一比较单元的参考值匹配时，输出使N电平逆变器进入第二开关状态的状态调整信号，其中，i=1、2、……m。

其中，第一计数单元包括任何能计数的单元，优选地，包括但不限于：增计数的定时器、减计数的定时器或增/减计数的定时器等等。

例如，当N电平逆变器的第i次进入第一开关状态时，增计数的计时器由0开始计时、且所计时间等于基于第i个的第一开关状态的预定持续时间所设置的寄存器a1的参考值t11时，输出使2电平逆变器进入第二开关状态的状态调整信号。

当第一比较单元只有一个时，则在第一计数单元第k次所计数值与相应的参考值匹配后再基于所述N电平逆变器的第一开关状态的第k+1个预定持续时间来再次设置第一比较单元的参考值，以便下一次比较之用，其中，k=1、2……m-1。

作为另一种优选方式，前述步骤S2还包括步骤S21（未予图示）与S22（未予图示）。

在步骤S21中，基于N电平逆变器的第二开关状态的m个预定持续时间来设置至少一个第二比较单元的参考值。

其中，所述第二比较单元包括任何能设置参考值的器件，优选地，包括但不限于：寄存器等。若有m个第二比较单元，则直接将m个预定持续时间分别设置至一个第二比较单元中；若第二比较单元的数量小于m，则有第二比较单元会被再次设置参考值。

例如，将预定持续时间t21、t 22、……t2m分别写入一个寄存器中。

在步骤S22中，当第二计数单元由N电平逆变器的第j次进入第二开关状态时开始计数、且所计数值与基于第j个预定持续时间所设置的第二比较单元的参考值匹配时，输出使N电平逆变器进入第一开关状态的状态调整信号。

其中，第二计数单元包括任何能计数的单元，优选地，包括但不限于：增计数的定时器、减计数的定时器或增/减计数的定时器等等。更为优选地，第二计数单元与第一计数单元可为同一个，例如，采用一个定时器来执行第二计数单元与第一计数单元的操作。

例如，当N电平逆变器的第j次进入第二开关状态时，增计数的计时器由0开始计时、且所计时间等于第j个预定持续时间所设置的寄存器b 1的参考值时，输出使2电平逆变器进入第一开关状态的状态调整信号。

当所述第二比较单元的数量为1时，在第二计数单元第k次所计数值与相应的参考值匹配后再基于所述N电平逆变器的第二开关状态的第k+1个预定持续时间来再次设置第二比较单元的参考值，其中，k=1、2……m-1。

作为有一种优选方式，前述步骤S3还包括步骤S31（未予图示）与S32（未予图示）。

在步骤S31中，基于N电平逆变器的第一开关状态的m个预定持续时间与第二开关状态的m个预定持续时间之和来设置第三比较单元的参考值。

其中，所述第三比较单元包括任何能设置参考值的器件，优选地，包括但不限于：寄存器等。

例如，将2电平逆变器的第一开关状态的m个预定持续时间t11、t12、……t1m与第二开关状态的m个预定持续时间t21、t22、……t2m之和T=t11+t12+……+t1m+t21+t22+……+t2m，写入寄存器c中。

在步骤S32中，第三计数单元由前述步骤S1第一次开始计数时开始计数、且所计数值与所述第三比较单元的参考值匹配时，基于所述N电平逆变器所控制的电机的转动方向输出使N电平逆变器进入第三开关状态的状态调整信号。

其中，第三计数单元包括任何能计数的单元，优选地，包括但不限于：增计数的定时器、减计数的定时器等等。

作为再一种优选方式，当m为偶数，且第一开关状态的第m/2+h个预定持续时间等于第m/2-h+1个预定持续时间、第二开关状态的第m/2+h个预定持续时间等于第m/2-h+1个预定持续时间时，其中，h=1、2、…m/2，则根据本发明的方法，还包括步骤S5（未予图示）与S6（未予图示）。

在步骤S5中，由N电平逆变器第一次进入第一开关状态时开始计数、且所计数值等于N电平逆变器的第一开关状态的m个预定持续时间与第二开关状态的m个预定持续时间之和的一半时，输出使N电平逆变器的进入第二零开关状态（即000或111）的状态调整信号。

例如，当基于第一开关状态100及第二开关状态101来执行前述步骤S1至S3时，则当2电平逆变器第一次进入第一开关状态100时开始计数、且所计数值等于2电平逆变器的第一开关状态100的m个预定持续时间与第二开关状态101的m个预定持续时间之和的一半时，输出使2电平逆变器的进入第二零开关状态的状态调整信号。

接着，在步骤S6中，当由N电平逆变器的进入第二零开关状态开始计数、且所计数值等于零开关状态的第二预定作用时间时，输出使N电平逆变器进入第一开关状态的状态调整信号。

其中，第二零开关状态的第二预定作用时间基于N电平逆变器提供的电压空间矢量中的零空间矢量的作用时间来确定。例如，2电平逆变器提供的8个电压空间矢量中的零空间矢量的作用时间为1/4个周期，则所述第二零开关状态的第二预定作用时间可为小于1/4个周期的值。不过，需要说明的是，一个周期内若2电平逆变器多次进入第二零开关状态及第一零开关状态，则所有第一零开关状态的持续时间及所有第二零开关状态的持续时间之和等于1/4个周期。

上述第二零开关状态将N电平逆变器的一个工作周期的1/(2^3(N-1)-2)时间段T1内的提供的电压空间矢量分为了对称的两部分，即该时间段T1的上半段的各电压空间矢量与该时间段T1的下半段的各电压空间矢量基于各电压空间矢量轨迹所逼近的圆弧的一条指向圆心的弦呈轴对称，由此能使得各电压空间矢量轨迹更为逼近圆弧状。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (13)

1.一种控制N电平逆变器的方法，其特征在于包括步骤： 

a、当由N电平逆变器第i次进入第一开关状态时开始计数、且所计数值等于第一开关状态的第i个预定持续时间时，输出使N电平逆变器进入第二开关状态的状态调整信号，其中，i＝1、2、……m，m为大于或等于2的预定常数； 

b、当由N电平逆变器第j次进入第二开关状态时开始计数、且所计数值等于第二开关状态的第j个预定持续时间时，输出使N电平逆变器进入第一开关状态的状态调整信号，其中，j＝1、2、……m-1； 

c、当由N电平逆变器最后一次进入第二开关状态时开始计数、且所计数值等于第二开关状态的最后一个预定持续时间时，基于所述N电平逆变器所控制的电机的转动方向输出使N电平逆变器进入第三开关状态、第一零开关状态或保持第二开关状态的状态调整信号，其中，步骤a与b中各第一开关状态与第二开关状态对应的电压空间矢量以及本步骤中第二开关状态对应的电压空间矢量形成的运动轨迹逼近2π/(2^3(N-1)-2)圆弧； 

其中，当m为偶数，且第一开关状态的第m/2+h个预定持续时间等于第m/2-h+1个预定持续时间、第二开关状态的第m/2+h个预定持续时间等于第m/2-h+1个预定持续时间，其中，h＝1、2、…m/2，则在步骤c之前，所述方法还包括步骤： 

-由N电平逆变器第一次进入第一开关状态时开始计数、且所计数值等于N电平逆变器的第一开关状态的m个预定持续时间与第二开关状态的m个预定持续时间之和的一半时，输出使N电平逆变器的进入第二零开关状态的状态调整信号； 

-当由N电平逆变器的进入第二零开关状态开始计数、且所计数值等于第二零开关状态的第二预定作用时间时，输出使N电平逆变器进入第一开关状态的状态调整信号。 

2.根据权利要求1所述的控制N电平逆变器的方法，其特征在于， 所述步骤a包括步骤： 

a1、基于N电平逆变器的第一开关状态的m个预定持续时间来设置至少一个第一比较单元的参考值； 

a2、当第一计数单元由N电平逆变器的第i次进入第一开关状态时开始计数、且所计数值与基于第i个预定持续时间所设置的第一比较单元的参考值匹配时，输出使N电平逆变器进入第二开关状态的状态调整信号。 

3.根据权利要求2所述的控制N电平逆变器的方法，其特征在于： 

当所述第一比较单元的数量为1时，在第一计数单元第k次所计数值与相应的参考值匹配后再基于所述N电平逆变器的第一开关状态的第k+1个预定持续时间来再次设置第一比较单元的参考值，其中，k＝1、2……m-1。 

4.根据权利要求2所述的控制N电平逆变器的方法，其特征在于：第一计数单元包括定时器；第一比较单元包括寄存器。 

5.根据权利要求1所述的控制N电平逆变器的方法，其特征在于，所述步骤b包括步骤： 

b1、基于N电平逆变器的第二开关状态的m个预定持续时间来设置至少一个第二比较单元的参考值； 

b2、当第二计数单元由N电平逆变器的第j次进入第二开关状态时开始计数、且所计数值与基于第j个预定持续时间所设置的第二比较单元的参考值匹配时，输出使N电平逆变器进入第一开关状态的状态调整信号。 

6.根据权利要求5所述的控制N电平逆变器的方法，其特征在于：当所述第二比较单元的数量为1时，在第二计数单元第k次所计数值与相应的参考值匹配后再基于所述N电平逆变器的第二开关状态的第k+1个预定持续时间来再次设置第二比较单元的参考值，其中，k＝1、2……m-1。 

7.根据权利要求5所述的控制N电平逆变器的方法，其特征在于：所述第二计数单元包括定时器，第二比较单元包括寄存器。 

8.根据权利要求1所述的控制N电平逆变器的方法，其特征在于：所述步骤c还包括步骤： 

c1、基于N电平逆变器的第一开关状态的m个预定持续时间与第二开关状态的m个预定持续时间之和来设置第三比较单元的参考值； 

c2、第三计数单元由步骤a第一次开始计数时开始计数、且所计数值与所述第三比较单元的参考值匹配时，基于所述N电平逆变器所控制的电机的转动方向输出使N电平逆变器进入第三开关状态的状态调整信号。

9.根据权利要求8所述的控制N电平逆变器的方法，其特征在于：所述第三计数单元包括定时器，第三比较单元包括寄存器。 

10.根据权利要求1至9任一项所述的控制N电平逆变器的方法，其特征在于，当N电平逆变器进入第三开关状态，所述控制N电平逆变器的方法还包括步骤： 

d1、以第二开关状态取代步骤a中的第一开关状态、第三开关状态取代步骤b中的第二开关状态、以第三开关状态的预定持续时间的个数取代步骤a及b中的m，并将步骤a中的i的取值范围调整为：i＝1,2，……第三开关状态的预定持续时间的个数减1、步骤b中的j的取值范围调整为：i＝1,2，……第三开关状态的预定持续时间的个数； 

d2、基于与所述第三开关状态的预定持续时间的个数相同数量、且步骤d1中取代第一开关状态的第二开关状态的新的预定持续时间，来重复步骤a及b； 

d3、当由N电平逆变器最后一次进入第一开关状态时开始计数、且所计数值等于第一开关状态的最后一个预定持续时间时，基于所述N电平逆变器所控制的电机的转动方向输出使N电平逆变器进入第三开关状态、零开关状态或保持第二开关状态的状态调整信号，其中，步骤d2中的各第一开关状态与第二开关状态对应的电压空间矢量及本步骤中的第一开关 状态对应的电压空间矢量所形成的运动轨迹接近2π/(2^3(N-1)-2)圆弧； 

d4、当步骤d3输出使N电平逆变器进入第三开关状态的状态调整信号，则重复步骤d1、d2及d3，以使所述N电平逆变器所控制的电机形成逼近圆形的旋转磁场。 

11.根据权利要求1至9任一项所述的控制N电平逆变器的方法，其特征在于，当N电平逆变器基于保持第二开关状态的状态调整信号而保持第二开关状态时，则所述控制N电平逆变器的方法还包括步骤： 

e1、以第二开关状态取代步骤a中的第一开关状态、第三开关状态取代步骤b中的第二开关、以第三开关状态的预定持续时间的个数取代步骤a及b中的m； 

e2、基于与所述第三开关状态的预定持续时间的个数相同数量、且步骤e1中取代第一开关状态的第二开关状态的新的预定持续时间，来重复步骤a、b及c； 

e3、当步骤c输出使N电平逆变器保持第二开关状态的状态调整信号，则重复步骤e1与e2，以使所述N电平逆变器所控制的电机形成逼近圆形的旋转磁场。 

12.根据权利要求1至9任一项所述的控制N电平逆变器的方法，其特征在于，当N电平逆变器进入第一零开关状态的状态调整信号后，所述控制N电平逆变器的方法还包括步骤： 

f1、当由N电平逆变器的进入第一零开关状态开始计数、且所计数值等于第一零开关状态的第一预定作用时间时，基于所述N电平逆变器所控制的电机的转动方向输出使N电平逆变器进入第三开关状态或第二开关状态的状态调整信号。 

13.根据权利要求4或7所述的控制N电平逆变器的方法，其特征在于：所述定时器包括增计数的定时器、减计数的定时器及增/减计数的定时器中的一种。