CN109713969A - 一种永磁同步电机正弦脉冲宽度变载波控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁同步电机正弦脉冲宽度变载波控制方法，利用三次谐波与基波电压的数学关系，将正弦脉冲宽度调制与三次谐波注入相结合，以提高直流电压利用率；在根据调制波的交点调整三相载波的相位角度，以消除零矢量，从而变载波的控制下抑制永磁同步电机共模电压波动。有益效果是：永磁同步电机高速工作过程中，采用空间矢量脉冲宽度调制方法虽然有较高的直流电压利用率，但会加剧电机共模电压的高频和低频波动，通过将正弦脉冲宽度调制、三次谐波注入和变载波控制等相结合，在保证直流电压利用率的前提下减小了电机共模电压的波动。

Description

一种永磁同步电机正弦脉冲宽度变载波控制方法

技术领域

本发明属于永磁同步电机的控制方法，涉及一种永磁同步电机正弦脉冲宽度变载波控制方法，特别是采用谐波注入的变载波控制方法。

背景技术

永磁同步电机具有结构简单、体积能量密度高、高紧凑性的优点，在交流伺服、航空航天等领域应用广泛。空间矢量脉冲宽度调制是永磁同步电机常用的控制方法，该方法在保证电机高转速控制精度的同时提高了直流电压利用率。采用空间矢量脉冲宽度调制时，电机共模电压具有较为明显的波动。

三相电压源逆变器由三组六个开关组成，A、B、C三相桥臂上下开关管交替导通，所以三组开关有8种可能的开关组合。规定三相中任意一相的上桥臂开关管导通时为“1”，该相下桥臂导通时为“0”。在零矢量(“000”或“111”)作用下，共模电压为±U_DC/2，在非零矢量(除“000”和“111”之外的其他6种开关组合)作用下共模电压为±U_DC/6。零矢量会导致永磁同步电机共模电压波动，共模电压的高频波动会产生电磁干扰，影响控制器及电机性能，低频波动会对电网造成污染，将正弦脉冲宽度调制与三次谐波注入方法相结合可达到与空间矢量脉冲宽度调制相同的直流电压利用率效果，且三次谐波不影响调制波的相位并能最大限度的维持调制波的幅值，利用可变载波的控制方法可以减小永磁同步电机共模电压的高频和低频波动。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种永磁同步电机正弦脉冲宽度变载波控制方法，解决永磁同步电机在空间矢量脉冲宽度调制方法下的共模电压波动问题。

技术方案

一种永磁同步电机正弦脉冲宽度变载波控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将两相旋转dq坐标系下的定子电压值u_d、u_q经过2r/2s变换为两相静止αβ坐标系下的定子电压值u_α、u_β，计算三相调制波比较值u_a、u_b、u_c：

当定子模值时，不注入三次谐波，表达式为：

当定子模值且时，注入三次谐波，三次谐波在αβ坐标系下的表达式为：

三次谐波注入之后的三相调制波比较值u_a、u_b、u_c为：

式中，U_DC为直流母线电压；

步骤2：找出三相调制波的交点，每个交点由A、B、C三相调制波中的任意两相相交得到，得到交点序列O_ij(i＝A、B、C；j＝A、B、C；i≠j)；

在每个交点时刻，将相交的两相调制波对应的载波相位翻转180°，生成了相位可调的三相载波；

步骤3：将三相调制波与生成的变相位的载波进行幅值比较，若载波幅值大于对应调制波幅值，驱动电路产生高电平开关信号，驱动对应相上桥臂开关管导通；反之，产生低电平开关信号，驱动对应相下桥臂开关管导通；所述三相调制波分为六个区域I～VI，每个区域相位角为π/3。

有益效果

本发明提出的一种永磁同步电机正弦脉冲宽度变载波控制方法，利用三次谐波与基波电压的数学关系，将正弦脉冲宽度调制与三次谐波注入相结合，以抑制永磁同步电机的低频共模电压，以提高直流电压利用率；在根据调制波的交点调整三相载波的相位角度，以消除零矢量，从而变载波的控制下抑制永磁同步电机共模电压波动。

本发明的有益效果是：永磁同步电机高速工作过程中，采用空间矢量脉冲宽度调制方法虽然有较高的直流电压利用率，但会加剧电机共模电压的高频和低频波动，通过将正弦脉冲宽度调制、三次谐波注入和变载波控制等相结合，在保证直流电压利用率的前提下减小了电机共模电压的波动。

附图说明

图1：正弦脉冲宽度控制加谐波注入的固定载波(方式一)；

图2：正弦脉冲宽度控制加谐波注入且相位可调的载波(方式二)；

图3：两种控制方式下的共模电压比较；

图4：三相载波与调制波比较生成开关管驱动信号。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明的基本思想是根据空间矢量脉冲宽度调制和正弦脉冲宽度调制的功能特点，将三次谐波注入到正弦脉冲宽度调制波形中，得到与空间矢量脉冲宽度调制相同的波形，以达到高直流电压利用率的效果。与空间矢量脉冲宽度调制的固定载波相比，采用载波相位调节的控制方式，以减弱永磁同步电机在空间矢量脉冲宽度调制方式下的共模电压波动问题。

永磁同步电机正弦脉冲宽度变载波控制方法步骤实施如下：

步骤1：根据正弦脉冲宽度调制波与三次谐波合成三相调制波的比较值。

将两相旋转dq坐标系下的定子电压值u_d、u_q经过2r/2s变换为两相静止αβ坐标系下的定子电压值u_α、u_β，利用u_α、u_β计算三相调制波比较值u_a、u_b、u_c：

当定子模值时，不注入三次谐波，表达式为

当定子模值且时，注入三次谐波，三次谐波在αβ坐标系下的表达式为

三次谐波注入之后的三相调制波比较值u_a、u_b、u_c为

式中，U_DC为直流母线电压。

步骤2：生成相位可调的三相载波。

生成三相相同的三角载波，找出三相调制波的交点，每个交点由A、B、C三相调制波中的任意两相相交得到，即得到交点序列O_ij(i＝A、B、C；j＝A、B、C；i≠j)，在每个交点时刻，将相交的两相调制波对应的载波相位翻转180°。以交点O_AB为例，该交点是由A相与B相调制波相交得到，将A相与B相调制波对应的载波相位翻转180°，其他交点以此类推，则生成了相位可调的三相载波。

步骤3：将变相位的三相载波与调制波比较生成开关管驱动信号，如图4所示。三相调制波分为六个区域I～VI，每个区域相位角为π/3，将其分别与对应生成的变相位的载波进行幅值比较。若载波幅值大于对应调制波幅值，驱动电路产生高电平开关信号，驱动对应相上桥臂开关管导通；反之，产生低电平开关信号，驱动对应相下桥臂开关管导通。利用上述方法在时域上降低永磁同步电机系统的共模电压幅值，从而实现正弦脉冲宽度变载波控制方法对于电机系统共模电压的宽频带抑制。

Claims (1)

1.一种永磁同步电机正弦脉冲宽度变载波控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将两相旋转dq坐标系下的定子电压值u_d、u_q经过2r/2s变换为两相静止αβ坐标系下的定子电压值u_α、u_β，计算三相调制波比较值u_a、u_b、u_c：

当定子模值时，不注入三次谐波，表达式为：

当定子模值且时，注入三次谐波，三次谐波在αβ坐标系下的表达式为：

三次谐波注入之后的三相调制波比较值u_a、u_b、u_c为：

式中，U_DC为直流母线电压；

步骤2：找出三相调制波的交点，每个交点由A、B、C三相调制波中的任意两相相交得到，得到交点序列O_ij，i＝A、B、C；j＝A、B、C；i≠j；

在每个交点时刻，将相交的两相调制波对应的载波相位翻转180°，生成了相位可调的三相载波；

步骤3：将三相调制波与生成的变相位的载波进行幅值比较，若载波幅值大于对应调制波幅值，驱动电路产生高电平开关信号，驱动对应相上桥臂开关管导通；反之，产生低电平开关信号，驱动对应相下桥臂开关管导通；所述三相调制波分为六个区域I～VI，每个区域相位角为π/3。