CN104467593A - 一种变频电机过调制控制方法 - Google Patents
一种变频电机过调制控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104467593A CN104467593A CN201410709208.0A CN201410709208A CN104467593A CN 104467593 A CN104467593 A CN 104467593A CN 201410709208 A CN201410709208 A CN 201410709208A CN 104467593 A CN104467593 A CN 104467593A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sin
- omega
- voltage
- theta
- control time
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
本发明涉及空调控制技术。本发明针对矢量控制方法计算量很大易发生控制错误的问题,提供一种变频电机过调制控制方法,首先,系统根据参考电压的基波幅值及直流母线电压值计算出占空比;其次,系统根据控制电压及直流母线电压,计算出控制电压对直流母线电压的归一化值;然后,系统建立占空比与归一化值的对应关系,并将其进行存储;最后,系统根据任意占空比值及对应关系,计算出三相电压控制时间,控制电机运行。通过从全新的角度重建矢量控制特别是线性区调制控制和过调制控制技术框架,使得不用计算零矢量等之作用时间,简化了计算方法,缩短了计算时间。适用于变频电机过调制控制。
Description
技术领域
本发明涉及空调控制技术,特别涉及变频电机过调制控制。
背景技术
传统的变频电机矢量控制方法,根据6个逆变器上下桥背的开/关组合方法,形成8个矢量,上桥背全开和全关对应的两个矢量为零矢量,采用空间矢量合成的方法计算出控制6个桥背的PWM,控制电机的运行。将一个周期分为6个扇区,得到包括两个零矢量在内的8个矢量,如图1所示,在每个扇区,采用相邻的两个非零矢量和相应的零矢量合成该扇区内任意矢量,由此计算出两个相邻非零矢量的及零矢量的作用时间T0、T1、T2,T=T0+T1+T2,其中,T0为该矢量的零矢量作用时间,T1和T2为相邻两个非零矢量的作用时间,T为PWM波载波周期。专利2 0 0 8 1 0 1 0 1 4 9 7.0(永磁同步电机-压缩机系统高数运行控制方法)采用的就是这种控制方法。
图1所示的矢量控制方法表明,当参考电压v1对直流母线电压的归一化值KR满足时,变频器工作于线性区,当时,变频器工作于过调制区。
但是,矢量控制方法需要记录并区分当前矢量所处6个工作扇区的位置,而且控制理论复杂不易理解,计算量很大,在过调制区控制理论推导更复杂难懂,控制方法各式各样,控制结果大不相同,极易发生控制错误。
发明内容
本发明所要解决的技术问题,就是提供一种变频电机过调制控制方法,以达到从全新的角度重建矢量控制特别是线性区调制控制和过调制控制技术框架,不用计算零矢量的作用时间,简化计算方法,缩短计算时间,控制方法理论清晰的效果。
本发明解决所述技术问题,采用的技术方案是,一种变频电机过调制控制方法,包括以下步骤:
步骤1,系统根据调制波参考电压的基波幅值及直流母线电压值计算出占空比;
步骤2,系统根据控制电压及直流母线电压,计算出控制电压对直流母线电压的归一化值;
步骤3,系统建立占空比与归一化值的对应关系,并将其进行存储;
步骤4,系统根据实时占空比值及对应关系,计算出三相电压控制时间,控制电机运行。
具体的,所述步骤1中,系统对调制波注入谐波,构造单位调制波电压函数后,根据构造后的调制波参考电压的基波幅值及直流母线电压值计算出占空比。
进一步的,所述构造单位调制波电压函数为:
其中,表示的中间值。
进一步的,所述步骤3中,系统根据傅里叶变换得出占空比与归一化值的对应关系,公式如下:
其中,KR为占空比,Kh为归一化值,f(θ)为单位输入电压u、v、w的任一一相u(θ)、v(θ)、w(θ),限制Khf(θ)在正负1的范围内,即-1≤Khf(θ)≤1。
进一步的,当系统处于线性区时,满足
将 带入公式 得:
Kh=2KR。
具体的,当系统处于过调制区时,根据进一步推导得出以下公式:
具体的,当系统处于过调制区时,根据进一步推导得出以下公式:
其中,限制Khf(ti)在±1以内,n代表每个周期的等分计算次数,ω=2πf,频率f取任一整数即可,其中,Khf(ti)可以是Khu(t)、Khv(t)、Khw(t)三者之一,任一相均可。
具体的,所述步骤4中,系统根据实时占空比值及对应关系,计算出三相电压控制时间包括以下步骤:
步骤41,根据实时占空比值及对应关系,计算出对应的归一化值;
步骤42,系统根据对应的归一化值,d轴电压指令及q轴电压指令,计算出d轴控制时间及q轴控制时间;
步骤43,系统对d轴控制时间及q轴控制时间进行dq轴到αβ轴变换,计算出α轴控制时间及β轴控制时间;
步骤44,系统对α轴控制时间及β轴控制时间进行uvw轴变换,计算出u轴控制时间,v轴控制时间及w轴控制时间;
步骤45,系统根据u轴控制时间,v轴控制时间及w轴控制时间控制电机运行。
具体的,系统根据实时占空比值及对应关系,计算出三相电压控制时间的公式如下所示:
其中,Kh为对应的归一化值,vd为d轴电压指令,vq为q轴电压指令,Td为d轴控制时间,Tq为q轴控制时间;
其中,Tα为α轴控制时间,Tβ为β轴控制时间;
其中,Tu为u轴控制时间,Tv为v轴控制时间,Tw为w轴控制时间。
本发明的有益效果是,通过从全新的角度重建矢量控制特别是线性区调制控制和过调制控制技术框架,使得不用计算零矢量等之作用时间,简化了计算方法,缩短了计算时间,且,使得控制方法理论清晰;
同时,通过上述一种变频电机过调制控制方法,能够及时准确的计算出Tu、Tv、Tw,用于控制6只逆变器上下桥背的开通和关断的PWM波控制波形,实现对电机特别是永磁无刷直流电机的有效控制,同时实现180°变频调速控制的目的;
并且,本发明中还对调制波注入谐波,构造单位调制波电压函数,使得电压利用率得到有效的提高。
附图说明
图1为本发明背景技术中矢量控制示意图;
图2为本发明实施例中3种坐标系示意图;
图3为本发明实施例中调制波波形对比示意图;
图4为本发明实施例中线性调制与过调制临界点输入波形示意图;
图5为本发明实施例中过调制波形示意图;
图6为本发明实施例中过调制波形示意图;
图7为本发明实施例中过调制区Kh~KR关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详细描述本发明的技术方案:
本发明针对现有技术中矢量控制方法需要记录并区分当前矢量所处6个工作扇区的位置,而且控制理论复杂不易理解,计算量很大,在过调制区控制理论推导更复杂难懂,控制方法各式各样,控制结果大不相同,极易发生控制错误的问题,提供一种变频电机过调制控制方法,首先,系统根据参考电压的基波幅值及直流母线电压值计算出占空比;其次,系统根据控制电压及直流母线电压,计算出控制电压对直流母线电压的归一化值;然后,系统建立占空比与归一化值的对应关系,并将其进行存储;最后,系统根据实时占空比值及对应关系,计算出三相电压控制时间,控制电机运行。通过从全新的角度重建矢量控制特别是线性区调制控制和过调制控制技术框架,使得不用计算零矢量等之作用时间,简化了计算方法,缩短了计算时间,且,使得控制方法理论清晰;同时,通过上述一种变频电机过调制控制方法,能够及时准确的计算出Tu、Tv、Tw,用于控制6只逆变器上下桥背的开通和关断的PWM波控制波形,实现对电机特别是永磁无刷直流电机的有效控制,同时实现180°变频调速控制的目的;并且,本发明中海对调制波注入谐波,构造单位调制波电压函数,使得电压利用率得到有效的提高。
实施例
本例的变频电机过调制控制方法,用于计算6路IGBT之PWM波控制波形占空比。建立如图2所示的坐标系,其中的dq旋转坐标系,横坐标为d轴,与转子的方向一致,纵坐标为q轴,与d轴垂直,αβ坐标系为固定坐标系,uvw坐标系相互相差120°,其中α轴与u轴重合。
由于变频控制技术,一般采用单片机的三角波调制算法,理论分析表明:
当调制波为vp1sin(ωt),三角波峰值为直流母线电压为Edc,则输出电压vo(t)的傅里叶分析其基波为:vo(t)=vp1sin(ωt),其中vp1为调制波的峰值,由于此时为vo(t)的振幅vp,且在时,达到线性区调制与过调制的临界点,此时
为了提高电压利用率,特对调制波注入谐波,注入谐波前后对比,如图3所示。
设注入谐波的调制波为vpf(ωt),考虑到vpf(ωt)的奇对称性和周期性,则调制波vpf(ωt)的基波幅度为 调制后的输出电压 令 变形为 两边同时除以Edc,得: 令 得: 其中-1≤Khf(θ)≤1。
当注入谐波后的u,v,w三相电压分别由表达式:
其中,表示的中间值。
此时,u相在时间范围内的函数表达式为:
u(t)最大值发生在则最大值发生在处,并且刚好达到线性调制与过调制临界点时,由
可见,注入谐波后电压利用率提高了
然后,
其中,KR为占空比,Kh为归一化值,f(θ)为单位输入电压u、v、w的任一一相u(θ)、v(θ)、w(θ),限制Khf(θ)在正负1的范围内,即-1≤Khf(θ)≤1。
线性调制与过调制临界点输入波形示意图,如图4所示。
在线性区,由于满足-1≤Khf(θ)≤1,并且因此 Kh=2KR, 因而
在过调制区,限制-1≤Khf(θ)≤1的条件下,可求出Kh~KR的一一对应关系,就可以实现过调制控制。过调制区Kh~KR关系示意图,如图7所示。
经严格的理论推导,得如下公式:
由公式(求解)可知,当时,α→0,这是KR的极限值。Kh→∞。
过调制波形示意图,如图5所示,过调制波形示意图,如图6所示。
可见,Kh~KR关系公式推导复杂,特别是高次谐波的傅里叶变换公式推导很麻烦,复杂,为此,采用如下的简化计算方法:
由公式, 得:
限制Khf(2πfti)在±1以内,其中△T表示将一个周期时间T等分为n分,每份所占时间,将作为计算的输入,反过来通过公式计算KR,建立Kh~KR关系表,供单片机控制使用。n为正整数,为了提高计算精度,n可以采用更高的值,一般为80,ω=2πf,频率f取整数即可。
当变频器工作于线性区时,由于得:
当变频器工作于过调制区时,同理可得
最后,系统通过公式求出控制电压命令v1,同时求出任实时占空比KR,其中vd、vq分别为d轴电压指令与q轴电压指令;
系统根据工作时的实时占空比KR及对应关系,计算出三相电压控制时间包括:
首先,系统根据实时占空比值及对应关系,计算出对应的归一化值;
当时,表明系统处于线性区,利用公式Kh=2KR,计算出归一化值;
当时,表明系统处于过调制区,利用公式:
推导出来的公式:
或公式:
计算出对应归一化值。
然后,系统根据对应的归一化值,d轴电压指令及q轴电压指令,计算出d轴控制时间及q轴控制时间;
公式如下所示:
其中,vd为d轴电压指令,vq为q轴电压指令,Td为d轴控制时间,Tq为q轴控制时间;
再然后,系统对d轴控制时间及q轴控制时间进行dq轴到αβ轴变换,计算出α轴控制时间及β轴控制时间;
计算公式如下:
其中,Tα为α轴控制时间,Tβ为β轴控制时间;
再然后,系统对α轴控制时间及β轴控制时间进行uvw轴变换,计算出u轴控制时间,v轴控制时间及w轴控制时间;
计算公式如下:
其中,Tu为u轴控制时间,Tv为v轴控制时间,Tw为w轴控制时间。
最后,系统根据u轴控制时间,v轴控制时间及w轴控制时间控制电机运行。
综上所述,本发明通过从全新的角度重建矢量控制特别是线性区调制控制和过调制控制技术框架,使得不用计算零矢量等之作用时间,简化了计算方法,缩短了计算时间,且,使得控制方法理论清晰;
同时,通过上述一种变频电机过调制控制方法,能够及时准确的计算出Tu、Tv、Tw,用于控制6只逆变器上下桥背的开通和关断的PWM波控制波形,实现对电机特别是永磁无刷直流电机的有效控制,同时实现180°变频调速控制的目的;
并且,本发明中海对调制波注入谐波,构造单位调制波电压函数,使得电压利用率得到有效的提高。
需要说明的是,对单位调制波控制函数的变形,或将其他公式变形为类似公式,均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种变频电机过调制控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,系统根据调制波参考电压的基波幅值及直流母线电压值计算出占空比;
步骤2,系统根据控制电压及直流母线电压,计算出控制电压对直流母线电压的归一化值;
步骤3,系统建立占空比与归一化值的对应关系,并将其进行存储;
步骤4,系统根据实时占空比值及对应关系,计算出三相电压控制时间,控制电机运行。
2.根据权利要求1所述的一种变频电机过调制控制方法,其特征在于,所述步骤1中,系统对调制波注入谐波,构造单位调制波电压函数后,根据构造后的调制波参考电压的基波幅值及直流母线电压值计算出占空比。
3.根据权利要求2所述的一种变频电机过调制控制方法,其特征在于,所述构造单位调制波电压函数为:
其中,其中 表示 的中间值。
4.根据权利要求3所述的一种变频电机过调制控制方法,其特征在于,所述步骤3中,系统根据傅里叶变换得出占空比与归一化值的对应关系,公式如下:
其中,KR为占空比,Kh为归一化值,f(θ)为单位输入电压u、v、w的任一一相u(θ)、v(θ)、w(θ),限制Khf(θ)在正负1的范围内,即-1≤Khf(θ)≤1。
5.根据权利要求4所述的一种变频电机过调制控制方法,其特征在于,当系统处于线性区时,满足
将 带入公式 得:
Kh=2KR。
6.根据权利要求4所述的一种变频电机过调制控制方法,其特征在于,当系统处于过调制区时,根据进一步推导得出以下公式:
7.根据权利要求4所述的一种变频电机过调制控制方法,其特征在于,当系统处于过调制区时,根据进一步推导得出以下公式:
其中,限制Khf(ti)在±1以内,n代表每个周期的等分计算次数,ω=2πf,频率f取任一整数即可,其中,Khf(ti)可以是Khu(t)、Khv(t)、Khw(t)三者之一,任一相均可。
8.根据权利要求1所述的一种变频电机过调制控制方法,其特征在于,所述步骤4中,系统根据实时占空比值及对应关系,计算出三相电压控制时间包括以下步骤:
步骤41,系统根据实时占空比值及对应关系,计算出对应的归一化值;
步骤42,系统根据对应的归一化值,d轴电压指令及q轴电压指令,计算出d轴控制时间及q轴控制时间;
步骤43,系统对d轴控制时间及q轴控制时间进行dq轴到αβ轴变换,计算出α轴控制时间及β轴控制时间;
步骤44,系统对α轴控制时间及β轴控制时间进行uvw轴变换,计算出u轴控制时间,v轴控制时间及w轴控制时间;
步骤45,系统根据u轴控制时间,v轴控制时间及w轴控制时间控制电机运行。
9.根据权利要求1所述的一种变频电机过调制控制方法,其特征在于,所述步骤4中,系统根据实时占空比值及对应关系,计算出三相电压控制时间的公式如下所示:
其中,Kh为对应的归一化值,vd为d轴电压指令,vq为q轴电压指令,Td为d轴控制时间,Tq为q轴控制时间;
其中,Tα为α轴控制时间,Tβ为β轴控制时间;
其中,Tu为u轴控制时间,Tv为v轴控制时间,Tw为w轴控制时间。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410709208.0A CN104467593B (zh) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | 一种变频电机过调制控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410709208.0A CN104467593B (zh) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | 一种变频电机过调制控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104467593A true CN104467593A (zh) | 2015-03-25 |
CN104467593B CN104467593B (zh) | 2017-01-18 |
Family
ID=52913096
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410709208.0A Active CN104467593B (zh) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | 一种变频电机过调制控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104467593B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105450142A (zh) * | 2015-12-16 | 2016-03-30 | 四川长虹电器股份有限公司 | 一种电机控制方法及空调 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101505111B (zh) * | 2009-03-11 | 2010-12-08 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 一种三电平空间矢量的过调制方法及系统 |
CN103595323B (zh) * | 2013-11-20 | 2016-07-06 | 天津大学 | 一种改善永磁同步电机过调制区输出转矩的电流控制方法 |
-
2014
- 2014-11-28 CN CN201410709208.0A patent/CN104467593B/zh active Active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
张立伟等: "基于基波电压幅值线性输出控制的SVPWM过调制新算法", 《中国电机工程学报》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105450142A (zh) * | 2015-12-16 | 2016-03-30 | 四川长虹电器股份有限公司 | 一种电机控制方法及空调 |
CN105450142B (zh) * | 2015-12-16 | 2018-09-28 | 四川长虹电器股份有限公司 | 一种电机控制方法及空调 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104467593B (zh) | 2017-01-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102195552B (zh) | 近似多相电机中基波与三次谐波峰值合计电压的方法、系统和装置 | |
CN104065291B (zh) | 具有低频振荡抑制功能的中点电压平衡控制系统及方法 | |
JP5594301B2 (ja) | 電動機駆動システム | |
CN104917438B (zh) | 一种基于改进过调制提升交流电机转矩输出能力的方法 | |
US20170294864A1 (en) | Drive and control apparatus for multiple-winding motor | |
CN103929109B (zh) | 一种大功率内置式永磁同步电机无位置传感器控制系统及控制方法 | |
CN104753362A (zh) | 矩阵变换器、风力发电系统以及矩阵变换器的控制方法 | |
CN103825529B (zh) | 一种低开关频率下高动态响应脉宽调制方法 | |
Yuan et al. | Current harmonics elimination control method for six-phase PM synchronous motor drives | |
CN104270062A (zh) | 开放式绕组感应电机3h桥驱动系统 | |
CN104201969A (zh) | 内燃机车变流器中半导体器件的调制方法 | |
CN102684529A (zh) | 一种空间电压矢量脉宽调制方法 | |
CN110880894A (zh) | 一种永磁电机pwm谐波损耗的快速计算方法 | |
CN104218860A (zh) | 一种电机控制系统查表插补法过调制控制方法 | |
CN105978439A (zh) | 永磁同步电机的控制系统及采用此控制系统的控制方法 | |
Bharatiraja et al. | Design and Validation of Simple Space Vector PWM Scheme for Three-Level NPC-MLI with Investigation of Dc Link Imbalance using FPGA IP Core | |
CN102611378A (zh) | 一种永磁同步电机的电流谐波补偿系统及方法 | |
CN104485865B (zh) | 一种线性区基于输出电压线性控制的控制方法 | |
JP2016201882A (ja) | 回転角度算出装置 | |
CN104796021B (zh) | 一种数模结合的空间矢量调制实现方法 | |
CN104467593A (zh) | 一种变频电机过调制控制方法 | |
CN104092395B (zh) | 一种模块化多电平换流器阀组控制方法 | |
CN104767363B (zh) | 滤波器调制方法、采用该方法的滤波器及逆变器 | |
CN114157198B (zh) | Pwm逆变器供电下永磁同步电机定子电磁激振力的计算方法 | |
CN107947619A (zh) | 适用于多相系统具有共模电压抑制能力的两电平载波移相pwm调制方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Tu Xiaoping Inventor after: Chen Yue Inventor after: Liu Qiwu Inventor after: Gao Xiangjun Inventor after: Wang Shenggang Inventor before: Chen Yue Inventor before: Tu Xiaoping Inventor before: Liu Qiwu Inventor before: Gao Xiangjun Inventor before: Wang Shenggang |
|
CB03 | Change of inventor or designer information |