CN106130389A - 一种空间矢量脉宽调制矢量确定装置、方法及逆变器 - Google Patents

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CN106130389A CN201610591200.8A CN201610591200A CN106130389A CN 106130389 A CN106130389 A CN 106130389A CN 201610591200 A CN201610591200 A CN 201610591200A CN 106130389 A CN106130389 A CN 106130389A
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Abstract

本发明提供一种空间矢量脉宽调制矢量确定装置、方法及逆变器。其中，装置包括：包括随机数生成单元和零矢量时长确定单元，其中零矢量包括第一零矢量和第二零矢量，其第一零矢量与第二零矢量的时长之和为第一时间段T0；所述随机数生成单元，用于生成在[‑1,1]范围内的随机数K；所述零矢量时长确定单元，用于将第一零矢量的时长确定为(1‑K)T0/2，将第二零矢量的时长确定为(1+K)T0/2。本发明提供的方案能够抑制逆变器驱动过程中载波和倍次载波频率附近的谐波分量，能够有效地抑制噪声。

Description

一种空间矢量脉宽调制矢量确定装置、方法及逆变器
技术领域
本发明涉及控制领域，尤其涉及空间矢量脉宽调制矢量确定装置、方法及逆变器。
背景技术
逆变器是一种将直流电转化为交流电的电力电子装置。空间矢量脉宽调制SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)，由于具有开关频率低、直流侧电压利用率高等优点,在逆变器控制中应用越来越广泛。
SVPWM以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准,并依据电机磁链和电压的关系,用基本电压矢量合成期望的电压矢量,建立逆变器功率器件的开关状态,从而形成波,以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。
现有SVPWM在调制过程中，开关器件是以“确定的”形式控制通断的,并且对零矢量在时间上进行了平均分配，以使产生的PWM波形对称。这样会产生处于载波和倍次载波频率附近的谐波分量，应用于家用电器等变频领域会产生人耳可闻的谐波噪声，在一定条件下甚至会引起机械共振。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，尤其一种空间矢量脉宽调制矢量确定装置、方法及逆变器，以逆变器驱动过程中会产生的谐波噪声。
本发明一方面提供了一种空间矢量脉宽调制矢量确定装置，包括随机数生成单元和零矢量时长确定单元，其中零矢量包括第一零矢量和第二零矢量，其第一零矢量与第二零矢量的时长之和为第一时间段T0；所述随机数生成单元，用于生成在[-1,1]范围内的随机数K；所述零矢量时长确定单元，用于将第一零矢量的时长确定为(1-K)T0/2，将第二零矢量的时长确定为(1+K)T0/2。
可选地，所述第一零矢量为V(000),第二零矢量为V(111)。
可选地，还包括矢量组成确定单元，用于根据所述第一零矢量的时长和第二零矢量的时间，在调制周期Ts中将非零矢量设置在第一零矢量和第二零矢量之间。
可选地，所述将非零矢量设置在第一零矢量和第二零矢量之间包括：在调制周期Ts内以第一零矢量为开始时段，以第二零矢量为结束时段，第一零矢量与第二矢量之间设置非零矢量；或者，将第一零矢量时长分成第二时段和第三时段，所述第二时段和第三时段分别设置在调制周期Ts的开始时段和结束时段，第二零矢量设置在调制周期Ts的中间时段，在第一零矢量与第二零矢量之间设置非零矢量。
可选地，所述第二时段和第三时段的时长均为(1-K)T0/4。
可选地，所述非零矢量包括V(100)，V(110)，V(010)，V(011)，V(001)，V(101)中的至少一个。
本发明又一方面提供了一种逆变器，包括如上述任一所述空间矢量脉宽调制矢量确定装置。
本发明再一方面提供了一种空间矢量脉宽调制矢量确定方法，包括随机数生成步骤和零矢量时长确定步骤，其中零矢量包括第一零矢量和第二零矢量，其第一零矢量与第二零矢量的时长之和为第一时间段T0；所述随机数生成步骤，用于生成在[-1,1]范围内的随机数K；所述零矢量时长确定步骤，用于将第一零矢量的时长确定为(1-K)T0/2，将第二零矢量的时长确定为(1+K)T0/2。
可选地，所述第一零矢量为V(000),第二零矢量为V(111)。
可选地，矢量组成确定步骤，用于根据所述第一零矢量的时长和第二零矢量的时间，在调制周期Ts中将非零矢量设置在第一零矢量和第二零矢量之间。
可选地，所述将非零矢量设置在第一零矢量和第二零矢量之间包括：在调制周期Ts内以第一零矢量为开始时段，以第二零矢量为结束时段，第一零矢量与第二矢量之间设置非零矢量；或者，将第一零矢量时长分成第二时段和第三时段，所述第二时段和第三时段分别设置在调制周期Ts的开始时段和结束时段，第二零矢量设置在调制周期Ts的中间时段，在第一零矢量与第二零矢量之间设置非零矢量。
可选地，所述第二时段和第三时段的时长均为T0/4(1-K)。
可选地，所述非零矢量包括V(100)，V(110)，V(010)，V(011)，V(001)，V(101)中的至少一个。
可选地，在调制周期开始前运行所述矢量确定方法，以使得不同调制周期的第一零矢量时长与第二零矢量时长均呈随机分布
本发明的方案，能够能够抑制逆变器驱动过程中载波和倍次载波频率附近的谐波分量，能够有效地抑制噪声。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明提供的空间矢量脉宽调制矢量确定装置的一实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的空间矢量脉宽调制的一实施例中的结构示意图；
图3是现有技术提供的空间矢量脉宽调制的一实施例中的调制周期时隙分布示意图；
图4是本发明提供的空间矢量脉宽调制矢量确定装置的又一实施例的结构示意图；
图5是本发明提供的逆变器的一实施例的结构示意图；
图6是本发明提供的空间矢量脉宽调制矢量确定方法的一实施例的方法示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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做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。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1是本发明提供的空间矢量脉宽调制矢量确定装置的一实施例的结构示意图。
空间矢量脉宽调制矢量确定装置10，包括随机数生成单元101和零矢量时长确定单元103。
其中零矢量包括第一零矢量和第二零矢量，其第一零矢量与第二零矢量的时长之和为第一时间段T0。
空间矢量脉宽调制的一实施例如图2所示，图2中q1,q2,q3……q6为开关单元，a,b,c,a’,b’,c’分别控制上述6个开关单元。a(或b或c)为1其相应的开关单元导通时，此时a’(或b’或c’)为0其相应的开关单元关闭。因此，abc的状态决定了UA、UB、UC的波形情况。
开关状态矢量V(a,b,c)有种不同8中的组合值。V(000)、V(001)、V(010)、V(011)、V(100)、V(101)、V(110)、V(111)。其中V(000)和V(111)为零矢量，V(001)、V(010)、V(011)、V(100)、V(101)、V(110)为非零矢量。
例如，第一零矢量可以是V(000)或V(111)，第二零矢量为另一个。
第一零矢量与第二零矢量的时长之和为第一时间段T0。现有技术中，第一零矢量与第二零矢量一般采用固定时长，例如T0/2。
本发明具体实施方式提供的随机数生成单元，用于生成在[-1,1]范围内的随机数K。
零矢量时长确定单元，用于将第一零矢量的时长确定为(1-K)T0/2，将第二零矢量的时长确定为(1+K)T0/2。
例如，随机数生成单元产生的随机数为0.1，则第一零矢量的时长确定为0.9T0/2，第二零矢量的时长确定为1.1T0/2。第一零矢量的时长的长度与第二零矢量时常不同，但其和还是为T0/2。
图4是本发明提供的空间矢量脉宽调制矢量确定装置的又一实施例的结构示意图。
本发明又一实施方式，结合本发明各个实施方式的各个方面。如图4所示。
空间矢量脉宽调制矢量确定装置20，包括随机数生成单元201、零矢量时长确定单元203和矢量组成确定单元205。
其中零矢量包括第一零矢量和第二零矢量，其第一零矢量与第二零矢量的时长之和为第一时间段T0。
例如，第一零矢量可以是V(000)或V(111)，第二零矢量为另一个。
现有技术中，第一零矢量与第二零矢量一般采用固定时长，例如T0/2。
本发明具体实施方式提供的随机数生成单元，用于生成在[-1,1]范围内的随机数K。
零矢量时长确定单元，用于将第一零矢量的时长确定为(1-K)T0/2，将第二零矢量的时长确定为(1+K)T0/2。
例如，随机数生成单元产生的随机数为0.1，则第一零矢量的时长确定为0.9T0/2，第二零矢量的时长确定为1.1T0/2。第一零矢量的时长的长度与第二零矢量时常不同，但其和还是为T0/2。
矢量组成确定单元，用于根据所述第一零矢量的时长和第二零矢量的时间，在调制周期Ts中将非零矢量设置在第一零矢量和第二零矢量之间。
可选地，所述将非零矢量设置在第一零矢量和第二零矢量之间包括：
将第一零矢量时长分成第二时段和第三时段，所述第二时段和第三时段分别设置在调制周期Ts的开始时段和结束时段，第二零矢量设置在调制周期Ts的中间时段，在第一零矢量与第二零矢量之间设置非零矢量。
例如，图3为现有技术中空间矢量脉宽调制的一实施例中的调制周期时隙分布示意图。
在该调制周期中第一零矢量V(000)分为两个部分，一部分在调制周期Ts开始时段，时长为T0/4，记作第二时段。另一部份，在调制周期Ts开始时段，时长为T0/4，记作第二时段。第二零矢量V(000)在调制周期的中部。
在第一零矢量与第二零矢量之间，分布了V(100)，V(110)，V(010)，V(011)，V(001)，V(101)中的至少一个矢量。例如，如图3所示的在第一零矢量与第二零矢量之间设置了V(100)和V(110)。
在本发明的实施方式中，第二时段和第三时段的时长均为(1-K)T0/4。例如当K为0.1时，第二时段为0.9T0/4。此时非零矢量开始作用的时间前移，但是由于第一零矢量和第二零矢量时间的长度的和并未发生变化，因此，非零矢量在一调制周期内的作用时间并不发生变化。
当另一个调制周期开始前，若随机数生成装置生成的随机数为-0.2，则第二时段为1.2T0/4，此时非零矢量开始作用的时间后移，但是由于第一零矢量和第二零矢量时间的长度的和并未发生变化，因此，非零矢量在一调制周期内的作用时间并不发生变化。
由于第一零矢量和第二零矢量的时间长度均呈随机分布，因此，非零矢量开始作用的时间也是随机分布的，因此能够抑制载波和倍次载波频率附近的谐波分量，能够有效地抑制噪声。
可选地，可以在调制周期Ts内以第一零矢量为开始时段，以第二零矢量为结束时段，第一零矢量与第二矢量之间设置非零矢量。
图5是本发明提供的逆变器的一实施例的结构示意图。本发明又一实施方式，结合本发明各个实施方式的各个方面。如图5所示。
一种逆变器3包括如本发明各个实施方式提供的空间矢量脉宽调制矢量确定装置30。
图6是本发明提供的空间矢量脉宽调制矢量确定方法的又一实施例的方法示意图。
本发明又一实施方式，结合本发明各个实施方式的各个方面。如图6所示。
空间矢量脉宽调制矢量确定方法，包括随机数生成步骤310、零矢量时长确定步骤330。
其中零矢量包括第一零矢量和第二零矢量，其第一零矢量与第二零矢量的时长之和为第一时间段T0。
例如，第一零矢量可以是V(000)或V(111)，第二零矢量为另一个。
现有技术中，第一零矢量与第二零矢量一般采用固定时长，例如T0/2。
本发明具体实施方式提供的随机数生成步骤，用于生成在[-1,1]范围内的随机数K。
零矢量时长确定步骤，用于将第一零矢量的时长确定为(1-K)T0/2，将第二零矢量的时长确定为(1+K)T0/2。
例如，随机数生成单元产生的随机数为0.1，则第一零矢量的时长确定为0.9T0/2，第二零矢量的时长确定为1.1T0/2。第一零矢量的时长的长度与第二零矢量时常不同，但其和还是为T0/2。
可选地，本发明提供的空间矢量脉宽调制矢量确定方法还包括矢量组成确定步骤，用于根据所述第一零矢量的时长和第二零矢量的时间，在调制周期Ts中将非零矢量设置在第一零矢量和第二零矢量之间。
可选地，所述将非零矢量设置在第一零矢量和第二零矢量之间包括：
将第一零矢量时长分成第二时段和第三时段，所述第二时段和第三时段分别设置在调制周期Ts的开始时段和结束时段，第二零矢量设置在调制周期Ts的中间时段，在第一零矢量与第二零矢量之间设置非零矢量。
例如，图3为现有技术中空间矢量脉宽调制的一实施例中的调制周期时隙分布示意图。
在该调制周期中第一零矢量V(000)分为两个部分，一部分在调制周期Ts开始时段，时长为T0/4，记作第二时段。另一部分，在调制周期Ts开始时段，时长为T0/4，记作第二时段。第二零矢量V(000)在调制周期的中部。
在第一零矢量与第二零矢量之间，分布了V(100)，V(110)，V(010)，V(011)，V(001)，V(101)中的至少一个矢量。例如，如图3所示的在第一零矢量与第二零矢量之间设置了V(100)和V(110)。
在本发明的实施方式中，第二时段和第三时段的时长均为(1-K)T0/4。例如当K为0.1时，第二时段为0.9T0/4。此时非零矢量开始作用的时间前移，但是由于第一零矢量和第二零矢量时间的长度的和并未发生变化，因此，非零矢量在一调制周期内的作用时间并不发生变化。
当另一个调制周期开始前，若随机数生成装置生成的随机数为-0.2，则第二时段为1.2T0/4，此时非零矢量开始作用的时间后移，但是由于第一零矢量和第二零矢量时间的长度的和并未发生变化，因此，非零矢量在一调制周期内的作用时间并不发生变化。
由于第一零矢量和第二零矢量的时间长度均呈随机分布，因此，非零矢量开始作用的时间也是随机分布的，因此能够抑制载波和倍次载波频率附近的谐波分量，能够有效地抑制噪声。
可选地，可以在调制周期Ts内以第一零矢量为开始时段，以第二零矢量为结束时段，第一零矢量与第二矢量之间设置非零矢量。
可选地，在调制周期开始前运行所述矢量确定方法，以使得不同调制周期的第一零矢量时长与第二零矢量时长均呈随机分布。
本发明提供的方案，能够能够抑制逆变器驱动过程中载波和倍次载波频率附近的谐波分量，能够有效地抑制噪声。
本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种空间矢量脉宽调制矢量确定装置，其特征在于，包括随机数生成单元和零矢量时长确定单元，其中零矢量包括第一零矢量和第二零矢量，其第一零矢量与第二零矢量的时长之和为第一时间段T0；
所述随机数生成单元，用于生成在[-1,1]范围内的随机数K；
所述零矢量时长确定单元，用于将第一零矢量的时长确定为(1-K)T0/2，将第二零矢量的时长确定为(1+K)T0/2。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一零矢量为V(000),第二零矢量为V(111)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括矢量组成确定单元，用于根据所述第一零矢量的时长和第二零矢量的时间，在调制周期Ts中将非零矢量设置在第一零矢量和第二零矢量之间。
4.根据权利要3所述的装置，其特征在于，所述将非零矢量设置在第一零矢量和第二零矢量之间包括：
在调制周期Ts内以第一零矢量为开始时段，以第二零矢量为结束时段，第一零矢量与第二矢量之间设置非零矢量；
或者，将第一零矢量时长分成第二时段和第三时段，所述第二时段和第三时段分别设置在调制周期Ts的开始时段和结束时段，第二零矢量设置在调制周期Ts的中间时段，在第一零矢量与第二零矢量之间设置非零矢量。
5.根据权利要4所述的装置，其特征在于，所述第二时段和第三时段的时长均为(1-K)T0/4。
6.根据权利要3-5任一所述的装置，其特征在于，所述非零矢量包括V(100)，V(110)，V(010)，V(011)，V(001)，V(101)中的至少一个。
7.一种逆变器，其特征在于，包括如权利要求1-6任一所述空间矢量脉宽调制矢量确定装置。
8.一种空间矢量脉宽调制矢量确定方法，其特征在于，包括随机数生成步骤和零矢量时长确定步骤，其中零矢量包括第一零矢量和第二零矢量，其第一零矢量与第二零矢量的时长之和为第一时间段T0；
所述随机数生成步骤，用于生成在[-1,1]范围内的随机数K；
所述零矢量时长确定步骤，用于将第一零矢量的时长确定为(1-K)T0/2，将第二零矢量的时长确定为(1+K)T0/2。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一零矢量为V(000),第二零矢量为V(111)。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，矢量组成确定步骤，用于根据所述第一零矢量的时长和第二零矢量的时间，在调制周期Ts中将非零矢量设置在第一零矢量和第二零矢量之间。
11.根据权利要10所述的方法，其特征在于，所述将非零矢量设置在第一零矢量和第二零矢量之间包括：
在调制周期Ts内以第一零矢量为开始时段，以第二零矢量为结束时段，第一零矢量与第二矢量之间设置非零矢量；
或者，将第一零矢量时长分成第二时段和第三时段，所述第二时段和第三时段分别设置在调制周期Ts的开始时段和结束时段，第二零矢量设置在调制周期Ts的中间时段，在第一零矢量与第二零矢量之间设置非零矢量。
12.根据权利要11所述的方法，其特征在于，所述第二时段和第三时段的时长均为T0/4(1-K)。
13.根据权利要10-12任一所述的方法，其特征在于，所述非零矢量包括V(100)，V(110)，V(010)，V(011)，V(001)，V(101)中的至少一个。
14.根据权利要8-13任一所述的方法，其特征在于，在调制周期开始前运行所述矢量确定方法，以使得不同调制周期的第一零矢量时长与第二零矢量时长均呈随机分布。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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