CN107863896B - 一种能够消除pwm频率谐波的空间矢量脉宽调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够消除PWM频率谐波的空间矢量脉宽调制方法，其步骤如下：将矢量区间分成I、II、III、IV、V和VI六个扇区，矢量为有效矢量V₁(100)、V₂(110)、V₃(010)、V₄(011)、V₅(001)、V₆(101)，零矢量V₇(111)、V₀(000)，其中零矢量统一标注为V_0,7；在扇区I，矢量合成顺序V_{0, 7}V₁V₂V_0,7V₁V₂V_0,7；在扇区II，矢量合成顺序V_{0, 7}V₂V₃V_0,7V₂V₃V_0,7；在扇区III，矢量合成顺序V_{0, 7}V₃V₄V_0,7V₃V₄V_0,7；在扇区IV，矢量合成顺序V_{0, 7}V₄V₅V_0,7V₄V₅V_0,7；在扇区V，矢量合成顺序V_{0, 7}V₅V₆V_0,7V₅V₆V_0,7；在扇区VI，矢量合成顺序V_{0, 7}V₆V₁V_0,7V₆V₁V_0,7。本发明能够有效消除电机PWM频率的电磁振动，大幅度减小三相两电平电力逆变器的输出滤波器体积。

Description

一种能够消除PWM频率谐波的空间矢量脉宽调制方法

技术领域

本发明涉及一种空间矢量脉宽调制（SVPWM）方法，用于三相两电平的电机驱动器或者三相两电平的电力逆变器。

背景技术

传统的SVPWM策略由日本学者在20世纪80年代初提出。如图1所示，其利用V₀(000)、V₁(100)、V₂(110)、V₃(010)、V₄(011)、V₅(001)、V₆(101)、V₇(111)八个矢量合成一个旋转的矢量。8个矢量和三相两电平逆变器开关管对应关系如图2和表1所示，其中零矢量统一标注为V_0,7。例如在扇区I中，有效矢量V₁(100)、V₂(110)和零矢量V_0,7共同作用产生合成矢量V^*，此时的开关状态如图3（a）所示，对应的相电压如图3（b）所示，其产生的相电压波形关于零矢量V_0,7对称，其中的谐波主要集中在PWM频率以及其整数倍频率附近。当PWM频率为10.0kHz时，其相电压功率谱密度如图4所示，可见其PWM谐波主要集中于10.0 kHz、20.0 kHz、30.0 kHz、40.0 kHz附近。相电压输入电机会产生相应的电流，电流会在电机上激发出对应频率的振动与噪声。一般情况下，人耳可闻噪声的范围是20Hz到20 kHz，所以当PWM处于10.0 kHz时，采用传统的SVPWM策略会使得电机产生人耳可闻的噪声。

电力逆变器后端的滤波器是一种低通滤波器，其利用电感和电容滤除PWM频率的高频谐波，其电感的电感值和电容的电容值完全取决于最低频率的PWM谐波。当PWM谐波频率较低时，其体积较大，成本也较高。

总而言之，传统SVPWM策略产生的最低次数的PWM电压谐波频率等于PWM的频率。

发明内容

针对传统SVPWM策略存在的上述缺点，本发明提供了一种能够消除PWM频率谐波的空间矢量脉宽调制方法。本发明提出的SVPWM策略和传统的SVPWM策略相比，其最低次数的PWM谐波频率要远高于PWM的频率。这样，在同样的PWM频率下可以大幅度减小电机的可闻噪声，减小电力逆变器输出滤波器的体积。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种能够消除PWM频率谐波的空间矢量脉宽调制方法，通过选择合适的开关逻辑，消除三相两电平的电机驱动器或者三相两电平电力逆变器输出电压中的PWM频率的谐波含量。具体实施步骤如下：

一、按传统SVPWM策略，将矢量区间分成I、II、III、IV、V和VI六个扇区，矢量为有效矢量V₁(100)、V₂(110)、V₃(010)、V₄(011)、V₅(001)、V₆(101)，零矢量V₇(111)、V₀(000)，其中零矢量统一标注为V_0,7。

二、按照以下矢量顺序进行矢量合成：

在扇区I，矢量合成顺序V_0,7V₁V₂V_0,7V₁V₂V_0,7；

在扇区II，矢量合成顺序V_0,7V₂V₃V_0,7V₂V₃V_0,7；

在扇区III，矢量合成顺序V_0,7V₃V₄V_0,7V₃V₄V_0,7；

在扇区IV，矢量合成顺序V_0,7V₄V₅V_0,7V₄V₅V_0,7；

在扇区V，矢量合成顺序V_0,7V₅V₆V_0,7V₅V₆V_0,7；

在扇区VI，矢量合成顺序V_0,7V₆V₁V_0,7V₆V₁V_0,7。

本发明具有如下优点：

本发明提出的SVPWM策略同传统的SVPWM策略相比，不仅保存了传统SVPWM策略电压利用率高、动态响应快的优点，还能够有效消除电机PWM频率的电磁振动，大幅度减小三相两电平电力逆变器的输出滤波器的体积，具有极高的应用价值与经济价值。

附图说明

图1为空间电压矢量分区以及合成；

图2为三相两电平逆变器拓扑；

图3为传统SVPWM合成矢量位于扇区I时，(a)开关状态，（b）对应的相电压波形；

图4为PWM频率为10.0 kHz时，传统SVPWM产生的相电压功率谱密度；

图5为本发明SVPWM合成矢量位于扇区I时，(a)开关状态，（b）对应的相电压波形；

图6为PWM频率为10.0 kHz时，本发明SVPWM产生的相电压功率谱密度；

图7为PWM频率为10.0 kHz时，传统SVPWM产生的电机噪声；

图8为PWM频率为10.0 kHz时，本发明SVPWM产生的电机噪声。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种能够消除PWM频率谐波的空间矢量脉宽调制方法，同传统SVPWM策略相同，矢量区间被分成I、II、III、IV、V和VI六个扇区，矢量为有效矢量V₁(100)、V₂(110)、V₃(010)、V₄(011)、V₅(001)、V₆(101)，零矢量V₇(111)、V₀(000)，其中零矢量统一标注为V_0,7。

按照以下矢量顺序进行矢量合成，即可完成本发明SVPWM策略：

在扇区I，矢量合成顺序V_0,7V₁V₂V_0,7V₁V₂V_0,7；

在扇区II，矢量合成顺序V_0,7V₂V₃V_0,7V₂V₃V_0,7；

在扇区III，矢量合成顺序V_0,7V₃V₄V_0,7V₃V₄V_0,7；

在扇区IV，矢量合成顺序V_0,7V₄V₅V_0,7V₄V₅V_0,7；

在扇区V，矢量合成顺序V_0,7V₅V₆V_0,7V₅V₆V_0,7；

在扇区VI，矢量合成顺序V_0,7V₆V₁V_0,7V₆V₁V_0,7。

本发明的SVPWM策略同传统SVPWM策略相比，只在矢量合成顺序上发生了改变。如图3（a）所示，当合成矢量V^*位于扇区I中，传统的矢量合成顺序为V_0,7V₁V₂V_0,7V₂V₁V_0,7。如图5（a）所示，对于本发明的SVPWM策略，其矢量合成顺序为V_0,7V₁V₂V_0,7V₁V₂V_0,7，此时SVPWM对应的相电压波形如图5（b）所示。在其他扇区，本发明的SVPWM策略与传统的SVPWM策略对应的矢量合成顺序如表2所示。

由图4和图6可知，当PWM频率为10.0 kHz时，本发明提出的SVPWM策略能够大幅度消除PWM频率的电压谐波。

由图7和图8可知，本发明提出的SVPWM策略能够消除PWM频率的人耳可闻噪声。

Claims (1)

1.一种能够消除PWM频率谐波的空间矢量脉宽调制方法，其特征在于所述方法步骤如下：

一、按传统SVPWM策略，将矢量区间分成I、II、III、IV、V和VI六个扇区，矢量为有效矢量V₁(100)、V₂(110)、V₃(010)、V₄(011)、V₅(001)、V₆(101)，零矢量V₇(111)、V₀(000)，其中零矢量统一标注为V_0,7；

二、按照以下矢量顺序进行矢量合成：

在扇区I，矢量合成顺序V_0,7V₁V₂V_0,7V₁V₂V_0,7；

在扇区II，矢量合成顺序V_0,7V₂V₃V_0,7V₂V₃V_0,7；

在扇区III，矢量合成顺序V_0,7V₃V₄V_0,7V₃V₄V_0,7；

在扇区IV，矢量合成顺序V_0,7V₄V₅V_0,7V₄V₅V_0,7；

在扇区V，矢量合成顺序V_0,7V₅V₆V_0,7V₅V₆V_0,7；

在扇区VI，矢量合成顺序V_0,7V₆V₁V_0,7V₆V₁V_0,7。