CN110829923B - 一种多相逆变器空间电压矢量调制方法 - Google Patents

一种多相逆变器空间电压矢量调制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110829923B
CN110829923B CN201911125422.0A CN201911125422A CN110829923B CN 110829923 B CN110829923 B CN 110829923B CN 201911125422 A CN201911125422 A CN 201911125422A CN 110829923 B CN110829923 B CN 110829923B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage vector
plane
voltage
vector
basic voltage
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.)
Active
Application number
CN201911125422.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110829923A (zh
Inventor
周扬忠
陈相
屈艾文
陈艳慧
钟天云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuzhou University
Original Assignee
Fuzhou University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuzhou University filed Critical Fuzhou University
Priority to CN201911125422.0A priority Critical patent/CN110829923B/zh
Publication of CN110829923A publication Critical patent/CN110829923A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110829923B publication Critical patent/CN110829923B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/05—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for damping motor oscillations, e.g. for reducing hunting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种多相逆变器空间电压矢量调制方法。根据控制要求将子平面划分为S种扇区，确定每种情况下选取的m个线性无关的基本电压矢量；根据n相电机上的n相电流、电角速度、母线电压、数字控制周期计算得到每个数字控制周期中的m个期望电压，并表示成矢量形式，计算各个子平面合成期望电压矢量在相应平面角度，判断所在扇区以及符合扇区划分情况；选取m个线性无关的基本电压矢量，并计算出这m个线性无关的基本电压矢量合成m个期望电压矢量的作用时间，将作用时间t i<0对应的电压矢量替换为相反方向的电压矢量；将最终输出的m个线性无关的基本电压矢量及其作用时间转化为占空比D x输出到n相电压源逆变器各桥臂中，驱动多相电机。

Description

一种多相逆变器空间电压矢量调制方法
技术领域
本发明涉及一种多相逆变器空间电压矢量调制方法。
背景技术
多相电机具有转矩脉动小、可靠性高、容错性好、容量大等特点，广泛应用于电动汽车、航空设备和轨道交通等低压大功率场合，其控制方法的研究备受关注。控制方法决定多相逆变器输出，进而驱动多相电机稳定运行。
不同的多相电机具有不同的恒功率变换矩阵，恒功率变换矩阵将多相电机自然坐标系中的数学模型解耦变换到静止直角坐标系，将多相电机基波和谐波解耦变换到多个子平面进行独立控制。每个子平面有0、1、2个自由度，一个自由度对应一个期望电压，若多相电机有m个自由度，则需要生成m个期望电压。结合恒功率变换矩阵和多相电压源逆变器的不同开关组合可以得到多相电机在多个子平面的基本电压矢量分布图。将m个期望电压分别表示成m个维度的矢量形式，矢量的长度代表相应期望电压的绝对值，矢量的方向代表相应期望电压的正负性，m个期望电压对应m个期望电压矢量。空间电压矢量调制方法就是在一个控制周期中选取基本电压矢量合成期望电压矢量。
空间电压矢量调制方法通常结合在子平面上划分扇区的方式使用，多相电机每个子平面可以划分为多个扇区，子平面合成期望电压矢量是指相应子平面中所有期望电压矢量之和，根据各个子平面合成期望电压矢量在相应子平面上所处扇区的不同，会产生许多种不同情况，将所有不同情况列举出来，每种情况下选取的基本电压矢量也会不同。
目前已有的多相逆变器空间电压矢量调制方法基本分为两类：第一类是在一个控制周期中选取单个基本电压矢量作用的方法，其存在不能准确合成期望电压矢量的问题，使得多相电机的控制效果较差，第二类是在一个控制周期中选取多个基本电压矢量合成期望电压矢量的方法，其只适用于谐波平面的期望电压为0的情况，且要求子平面基本电压矢量分布符合特定情况。已有的第二类方法与第一类方法相比，具有非常明显的优势，适用条件也更为严格。为了使第二类方法的适用范围更广，充分利用多相电机多个自由度优势，本发明提出一种多相逆变器空间电压矢量调制方法。
发明内容
本发明的目的在于解决已有技术的不足之处，提供一种多相逆变器空间电压矢量调制方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种多相逆变器空间电压矢量调制方法，包括如下步骤：
步骤S1、确定多相电机相数n、自由度m和子平面个数p，根据控制要求对n相电机每一子平面划分扇区，设每个子平面共有Sq(q＝1～p)种扇区，则共有
Figure GDA0002822630020000021
种扇区划分情况，确定每种情况下选取的m个线性无关的基本电压矢量；
步骤S2、根据n相电机上的n相电流i1～in、电角速度w、母线电压UDC、数字控制周期Ts计算得到每个数字控制周期中的m个期望电压Us1～Usm；
步骤S3、将m个期望电压表示成矢量形式Us1～Usm，计算各个子平面合成期望电压矢量在相应平面角度，判断所在扇区以及符合扇区划分情况；
步骤S4、选取相应情况下的m个线性无关的基本电压矢量Vi(i＝1～m)，由矩阵知识计算出m个线性无关的基本电压矢量Vi合成期望电压矢量的作用时间ti，将ti<0对应的电压矢量替换为相反方向的电压矢量，替换后的电压矢量的作用时间为|ti|，使得最终输出的m个基本电压矢量的作用时间均大于等于0；
步骤S5、将最终输出的m个线性无关的基本电压矢量及其作用时间转化为占空比Dx输出到n相电压源逆变器各桥臂中，驱动多相电机稳定运行。
在本发明一实施例中，所述步骤S1中，划分扇区的原则是子平面上的基本电压矢量在临近扇区内具有较大投影幅值，并以子平面上基本电压矢量为边界划分扇区。
在本发明一实施例中，所述步骤S1中，m个线性无关的基本电压矢量具有特点：1、在具有较大合成期望电压矢量幅值的平面上具有较大的投影幅值，在具有较小合成期望电压矢量幅值的平面上具有较小的投影幅值，在各个平面上投影幅值的大小比例同各个平面上合成期望电压矢量幅值大小比例相近；2、尽可能靠近子平面上合成期望电压矢量所在扇区，尤其是合成期望电压矢量幅值较大的平面上。
在本发明一实施例中，所述步骤S4中，每个数字控制周期中的m个线性无关的基本电压矢量Vi(i＝1～m)合成m个期望电压矢量Us1～Usm的计算公式表示如下：
Figure GDA0002822630020000022
Vi，j(j＝1～m)表示基本电压矢量Vi在第j个坐标轴的分量大小；ti为基本电压矢量Vi的作用时间；Usj为在第j个坐标轴的期望电压矢量大小，可以根据电机磁场、转矩、谐波控制需要计算出来；Ts为一个数字控制周期。
在本发明一实施例中，所述步骤S4的具体实现过程如下：
由于m个基本电压矢量Vi线性无关，由矩阵知识可知，方程(1)具有唯一解；此时，ti为任意值，ti≥0或者ti<0；由于基本电压矢量Vi的作用时间ti必须大于等于0，所以当ti<0时，对公式(1)进行如下变换；
Figure GDA0002822630020000031
由于基本电压矢量
Figure GDA0002822630020000032
故公式(2)可变换为：
Figure GDA0002822630020000033
从公式(3)可知，将作用时间ti<0对应的基本电压矢量Vi替换为
Figure GDA0002822630020000034
此时
Figure GDA0002822630020000035
的作用时间为|ti|，就可以使得最终输出的m个基本电压矢量的作用时间均大于等于0。
在本发明一实施例中，所述步骤S5的具体实现过程如下：
当控制周期Ts为定值时，约束条件为：
Ttotal＝|t1|+…+|ti|+…+|tm|≤Ts (4)
当Ttotal≤Ts时，表明最终输出的m个基本电压矢量在控制周期Ts内同时准确合成了m个期望电压矢量；剩余时间t0＝Ts-Ttotal由V0或
Figure GDA0002822630020000036
作用；此时合成m个期望电压矢量的误差大小Δj(j＝1～m)如下式(5)所示；
Figure GDA0002822630020000037
当Ttotal>Ts时，表明最终输出的m个基本电压矢量在控制周期Ts内不能准确合成m个期望电压矢量；此时需要对最终输出的m个基本电压矢量的作用时间|ti|进行等比例压缩，过程如下：
ti＝|ti|·Ts/Ttotal (6)
最后，为减小逆变器的开关频率，使得在每个控制周期Ts中，逆变器每相只开关一次，将最终输出的m个基本电压矢量及其作用时间|ti|通过公式(7)转化为占空比Dx(x＝1～n，0≤Dx≤1)输出到n相逆变器中；
Figure GDA0002822630020000041
mi(i＝1～m)为最终输出的m个基本电压矢量的序号，为减小逆变器输出能耗，如果n相逆变器高电平有效，则G＝0，如果n相逆变器低电平有效，则G＝2n-1，x+y＝n+1，bitget(mi，y)为取位函数，取出mi的二进制形式的第y位，bitget(G，y)取出G的二进制形式的第y位。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)在一个控制周期内精确合成n相电机m个自由度对应的m个期望电压矢量；
(2)由于(1)中的优点，使得多相电机转矩脉动降低、电流脉动减小；
本发明方法同已有的选取多个基本电压矢量合成期望电压矢量的方法相比较，具有如下优点：
(1)谐波平面的期望电压可以为任意值，为充分利用多相电机多个子平面优势提供了可行性；
(2)基于n(n≥3)相逆变器输出基本电压矢量具有对称性的特点，对子平面基本电压矢量分布无要求，简单实用，适用于任意多相电机，适用范围更广；
(3)与划分扇区结合使用时，能简化扇区划分过程，相对于传统扇区划分，扇区数量减半，节约控制器存储空间。
附图说明
图1为本发明一种多相逆变器空间电压矢量调制方法应用于多相逆变器驱动多相电机框图。
图2为本发明工作过程流程图。
图3为本发明双三相PMSM绕组连接图。
图4为本发明双三相PMSM子平面基本电压矢量分布及扇区划分图。
图5为本发明双三相PMSM各扇区选取的基本电压矢量。
图6为本发明驱动双三相PMSM的六相电压源逆变器开关信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提出一种多相逆变器空间电压矢量调制方法，该方法应用于多相逆变器驱动多相电机框图如图1所示。首先根据控制要求对子平面划分扇区，划分扇区的原则是子平面上的基本电压矢量在临近扇区内具有较大投影幅值，往往以子平面上基本电压矢量为边界划分扇区。设共有S种扇区划分情况，确定每种情况下选取的m个线性无关的基本电压矢量，这m个线性无关的基本电压矢量具有以下特点：1、在具有较大合成期望电压矢量幅值的平面上具有较大的投影幅值，在具有较小合成期望电压矢量幅值的平面上具有较小的投影幅值，在各个平面上投影幅值的大小比例同各个平面上合成期望电压矢量幅值大小比例相近；2、尽可能靠近子平面上合成期望电压矢量所在扇区，尤其是合成期望电压矢量幅值较大的平面上。然后根据n相电机上的n相电流i1～in、电角速度w、母线电压UDC、数字控制周期Ts计算得到每个数字控制周期中的m个期望电压Us1～Usm。将m个期望电压表示成矢量形式Us1～Usm，计算各个子平面合成期望电压矢量在相应平面角度，判断所在扇区以及符合情况，选取该情况下的m个线性无关的基本电压矢量Vi(i＝1～m)，由矩阵知识计算出m个线性无关的基本电压矢量Vi合成期望电压矢量的作用时间ti，将ti<0对应的电压矢量替换为相反方向的电压矢量，替换后的电压矢量的作用时间为|ti|，此时最终输出的m个线性无关的基本电压矢量的作用时间均大于等于0，最后将最终输出的m个线性无关的基本电压矢量及其作用时间转化为占空比Dx输出到n相电压源逆变器各桥臂中，驱动多相电机稳定运行。
本发明提出的一种多相逆变器空间电压矢量调制方法，其技术特征主要包括以下几个方面：
(1)若n(n≥3)相电压源逆变器上桥臂导通记为“1”，下桥臂导通记为“0”，则可输出
Figure GDA0002822630020000051
共2n种不同开关组合，输出
Figure GDA0002822630020000052
共2n个基本电压矢量。
(2)利用逆变器性质，基本电压矢量Vk(k＝1～2n-2)和
Figure GDA0002822630020000053
在各个子平面上大小相等，方向相反，非零基本电压矢量具有对称性，
Figure GDA0002822630020000054
故n相电压源逆变器能输出2n -1-1个线性无关的基本电压矢量。
(3)利用矩阵知识，若电机的自由度为m(2≤m≤n-1≤2n-1-1)，只需从2n-1-1个线性无关的基本电压矢量中任意选取m个基本电压矢量Vi(i＝1～m)就可以准确合成m个期望电压矢量，达到同时控制m个自由度的目的。
(4)为了使电机子平面能合成尽量大的期望电压矢量，选取的m个线性无关的基本电压矢量具有以下特点：1、在具有较大合成期望电压矢量幅值的平面上具有较大的投影幅值，在具有较小合成期望电压矢量幅值的平面上具有较小的投影幅值，在各个平面上投影幅值的大小比例同各个平面上合成期望电压矢量幅值大小比例相近；2、尽可能靠近子平面上合成期望电压矢量所在扇区，尤其是合成期望电压矢量幅值较大的平面上。
(5)选取m个线性无关的基本电压矢量Vi合成m个期望电压矢量时，将作用时间ti<0对应的基本电压矢量Vi替换为
Figure GDA0002822630020000055
此时
Figure GDA0002822630020000056
的作用时间为|ti|，就可以使得最终输出的m个基本电压矢量的作用时间均大于等于0。
(6)为减小逆变器的开关频率，使得在每个控制周期Ts中，逆变器每相只开关一次，将最终输出的m个基本电压矢量及其作用时间|ti|转化为占空比输出到n相逆变器中。
基本原理叙述如下：
若n(n≥3)相全桥逆变器上桥臂导通记为“1”，下桥臂导通记为“0”，可输出2n个基本电压矢量，包括2个零电压矢量和2n-2个非零基本电压矢量，零电压矢量为V0和
Figure GDA0002822630020000061
非零基本电压矢量为
Figure GDA0002822630020000062
由逆变器性质可知，基本电压矢量Vk(k＝1～2n-2)和
Figure GDA0002822630020000063
在各个子平面上大小相等，方向相反，非零基本电压矢量具有对称性，
Figure GDA0002822630020000064
n相电压源逆变器能输出2n-1-1个线性无关的基本电压矢量。
当用n相电压源逆变器对电机进行控制时，若电机的自由度为m(2≤m≤n-1≤2n-1-1)，根据矩阵知识可知只需从2n-1-1个线性无关的基本电压矢量中任意选取m个基本电压矢量Vi(i＝1～m)就可以准确合成m个期望电压矢量，达到同时控制m个自由度的目的，具体实现方式如公式(1)所示。
Figure GDA0002822630020000065
Vi，j(j＝1～m)表示基本电压矢量Vi在第j个坐标轴的分量大小；ti为基本电压矢量Vi的作用时间；Usj为在第j个坐标轴的期望电压矢量大小，可以根据电机磁场、转矩、谐波控制需要计算出来；Ts为一个数字控制周期。
由于m个基本电压矢量Vi线性无关，由矩阵知识可知，方程(1)具有唯一解；此时，ti为任意值，ti≥0或者ti<0。
由于基本电压矢量Vi的作用时间ti必须大于等于0，所以当ti<0时，对公式(1)进行如下变换；
Figure GDA0002822630020000066
由于基本电压矢量
Figure GDA0002822630020000067
故公式(2)可变换为：
Figure GDA0002822630020000071
从公式(3)可知，将作用时间ti<0对应的基本电压矢量Vi替换为V2n-1-i，此时
Figure GDA0002822630020000072
的作用时间为|ti|，就可以使得最终输出的m个基本电压矢量的作用时间均大于等于0。
当控制周期Ts为定值时，约束条件为：
Ttotal＝|t1|+…+|ti|+…+|tm|≤Ts (4)
当Ttotal≤Ts时，表明最终输出的m个基本电压矢量在控制周期Ts内同时准确合成了m个期望电压矢量；剩余时间t0＝Ts-Ttotal由V0或
Figure GDA0002822630020000073
作用；此时合成m个期望电压矢量的误差大小Δj(j＝1～m)如下式(5)所示；
Figure GDA0002822630020000074
当Ttotal>Ts时，表明最终输出的m个基本电压矢量在控制周期Ts内不能准确合成m个期望电压矢量；此时需要对最终输出的m个基本电压矢量的作用时间|ti|进行等比例压缩，过程如下：
ti＝|ti|·Ts/Ttotal (6)
最后，为减小逆变器的开关频率，使得在每个控制周期Ts中，逆变器每相只开关一次，将最终输出的m个基本电压矢量及其作用时间|ti|通过公式(7)转化为占空比Dx(x＝1～n，0≤Dx≤1)输出到n相逆变器中；
Figure GDA0002822630020000075
mi(i＝1～m)为最终输出的m个基本电压矢量的序号，为减小逆变器输出能耗，如果n相逆变器高电平有效，则G＝0，如果n相逆变器低电平有效，则G＝2n-1，x+y＝n+1，bitget(mi，y)为取位函数，取出mi的二进制形式的第y位，bitget(G，y)取出G的二进制形式的第y位。
本发明具体工作过程如下：
(1)确定多相电机相数n和自由度m，根据控制要求判断子平面是否需要划分扇区以及子平面上划分扇区数量，划分扇区的原则是子平面上的基本电压矢量在临近扇区内具有较大投影幅值，往往以子平面上基本电压矢量为边界划分扇区；
(2)确定多相电机子平面个数p，由于每个子平面都有一个合成期望电压矢量，所以有p个合成期望电压矢量。设各个子平面分别有Sq(q＝1～p)个扇区，根据p个合成期望电压矢量在对应子平面上的扇区情况不同，则共有
Figure GDA0002822630020000081
种扇区划分情况，确定在S种情况下选取的m个线性无关的基本电压矢量。这m个线性无关的基本电压矢量具有以下特点：1、在具有较大合成期望电压矢量幅值的平面上具有较大的投影幅值，在具有较小合成期望电压矢量幅值的平面上具有较小的投影幅值，在各个平面上投影幅值的大小比例同各个平面上合成期望电压矢量幅值大小比例相近；2、尽可能靠近子平面上合成期望电压矢量所在扇区，尤其是合成期望电压矢量幅值较大的平面上。
(3)根据电机运行情况和控制需求，计算得到一个控制周期中m个期望电压，并表示成矢量形式；
(4)计算得到一个控制周期中各个子平面合成期望电压矢量在相应平面角度，并判断所在扇区以及符合(2)中何种情况，进而得到在该控制周期中选取的m个线性无关的基本电压矢量；
(5)根据矩阵知识计算出在该控制周期中m个线性无关的基本电压矢量Vi(i＝1～m)的作用时间ti，如果某个基本电压矢量Vi作用时间ti<0，将该基本电压矢量换成
Figure GDA0002822630020000082
此时基本电压矢量
Figure GDA0002822630020000083
的作用时间为|ti|，使得最终输出的m个基本电压矢量的作用时间均大于等于0；
(6)当最终输出的m个基本电压矢量的作用时间|ti|之和Ttotal大于控制周期Ts时，表明最终输出的m个基本电压矢量在控制周期Ts内不能准确合成m个期望电压矢量。此时需要对最终输出的m个基本电压矢量的作用时间|ti|进行等比例压缩；
(7)将每个控制周期中最终作用的基本电压矢量及其作用时间转化为占空比输出到多相电压源逆变器中，实现对多相电机的控制；
(8)下个控制周期开始，返回(3)，循环往复。
以下结合具体实例讲述本发明技术方案。
以中性点连接的双三相PMSM为例，六相电压源逆变器驱动双三相PMSM绕组连接图如图3所示。
结合本发明提出的一种多相逆变器空间电压矢量调制方法，可以得到适用于双三相PMSM的空间电压矢量调制方法如下：
(1)此时电机相数n＝6，自由度m＝5，6相电压源逆变器有000000～111111共2n＝64种不同的开关组合，可输出2n-1-1＝31个线性无关的基本电压矢量。双三相PMSM三个子平面中的基本电压矢量分布如图4(a)(b)(c)所示，将基波平面划分为6个扇区如图4(d)所示，谐波平面不划分扇区。由于子平面中的基本电压矢量分布具有对称性，所以扇区具有对称性，达到了传统12个扇区的效果，节约了控制器存储空间。
(2)由于双三相PMSM有5个自由度，故在空间矢量调制中，每个控制周期都需要合成5个期望电压矢量。由于将基波平面划分为6个扇区，谐波平面不划分扇区，所以根据基波平面合成期望电压矢量所在扇区情况共可划分为6种情况。根据基波平面合成期望电压矢量幅值远大于谐波平面合成期望电压矢量幅值的特点并结合选取的基本电压矢量在临近扇区内具有较大投影幅值的原则，每个扇区选取的5个线性无关的电压矢量由基波平面4个最接近扇区的最外围电压矢量和1个扇区中间的电压矢量组成。根据一个控制周期中基波平面合成期望电压矢量所处扇区不同，对应扇区中选取的5个线性无关的基本电压矢量如图5所示，实线所指序号为替换前选取的基本电压矢量。
(3)根据电机运行情况和控制需求，计算得到一个控制周期中5个期望电压，表示成矢量形式，设此时的5个期望电压矢量为Usα1 *、Usβ1 *、Usα5 *、Usβ5 *、Usα3 *。
(4)按照公式(8)计算得到一个控制周期中基波平面合成期望电压矢量角度θs1，并判断基波平面合成期望电压矢量所在扇区，进而得到在该控制周期中选取的5个线性无关的基本电压矢量Vi(i＝1～5)。
Figure GDA0002822630020000091
(5)结合公式(1)可得公式(9)如下所示：
Figure GDA0002822630020000092
此时，约束条件为：
Ttotal＝|t1|+|t2|+|t3|+|t4|+|t5|≤Ts (10)
将公式(9)中作用时间ti<0对应的基本电压矢量Vi替换为基本电压矢量V63-i，此时V63-i的作用时间为|ti|。剩余时间t0＝Ts-Ttotal由V0或V63作用。
(6)当Ttotal>Ts时，表明最终输出的5个基本电压矢量在控制周期Ts内不能准确合成5个期望电压矢量。此时需要对最终输出的5个基本电压矢量的作用时间|ti|进行等比例压缩，过程如下：
ti＝|ti|·Ts/Ttotal (11)
(7)将最终输出的5个基本电压矢量及其作用时间|ti|通过公式(12)转化为占空比Dx(x＝1～6，分别对应A～F，0≤Dx≤1)输出到6相电压源逆变器中，控制双三相PMSM稳定运行。六相电压源逆变器开关信号以中心对称方式输出，波形如图6所示。
Figure GDA0002822630020000101
(8)下个控制周期开始，返回(3)，循环往复。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多相逆变器空间电压矢量调制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、确定多相电机相数n、自由度m和子平面个数p，根据控制要求对n相电机每一子平面划分扇区，设每个子平面共有Sq种扇区，q＝1～p，则共有
Figure FDA0002886613330000011
种扇区划分情况，确定每种情况下选取的m个线性无关的基本电压矢量；
步骤S2、根据n相电机上的n相电流i1～in、电角速度w、母线电压UDC、数字控制周期Ts计算得到每个数字控制周期中的m个期望电压Us1～Usm；
步骤S3、将m个期望电压表示成矢量形式Us1～Usm，计算各个子平面合成期望电压矢量在相应平面角度，判断所在扇区以及符合扇区划分情况；
步骤S4、选取相应情况下的m个线性无关的基本电压矢量Vi，i＝1～m，由矩阵知识计算出m个线性无关的基本电压矢量Vi合成期望电压矢量的作用时间ti，将ti<0对应的电压矢量替换为相反方向的电压矢量，替换后的电压矢量的作用时间为|ti|，使得最终输出的m个基本电压矢量的作用时间均大于等于0；
步骤S5、将最终输出的m个线性无关的基本电压矢量及其作用时间转化为占空比Dx输出到n相电压源逆变器各桥臂中，驱动多相电机稳定运行。
2.根据权利要求1所述的一种多相逆变器空间电压矢量调制方法，其特征在于，所述步骤S1中，划分扇区的原则是子平面上的基本电压矢量在临近扇区内具有较大投影幅值，并以子平面上基本电压矢量为边界划分扇区。
3.根据权利要求1所述的一种多相逆变器空间电压矢量调制方法，其特征在于，所述步骤S1中，m个线性无关的基本电压矢量具有特点：1、在具有较大合成期望电压矢量幅值的平面上具有较大的投影幅值，在具有较小合成期望电压矢量幅值的平面上具有较小的投影幅值，在各个平面上投影幅值的大小比例同各个平面上合成期望电压矢量幅值大小比例相近；2、尽可能靠近子平面上合成期望电压矢量所在扇区，尤其是合成期望电压矢量幅值较大的平面上。
4.根据权利要求1所述的一种多相逆变器空间电压矢量调制方法，其特征在于，所述步骤S4中，每个数字控制周期中的m个线性无关的基本电压矢量Vi合成m个期望电压矢量Us1～Usm的计算公式表示如下：
Figure FDA0002886613330000012
Vi，j，j＝1～m，表示基本电压矢量Vi在第j个坐标轴的分量大小；ti为基本电压矢量Vi的作用时间；Usj为在第j个坐标轴的期望电压矢量大小，可以根据电机磁场、转矩、谐波控制需要计算出来；Ts为一个数字控制周期。
5.根据权利要求4所述的一种多相逆变器空间电压矢量调制方法，其特征在于，所述步骤S4的具体实现过程如下：
由于m个基本电压矢量Vi线性无关，由矩阵知识可知，方程(1)具有唯一解；此时，ti为任意值，ti≥0或者ti<0；由于基本电压矢量Vi的作用时间ti必须大于等于0，所以当ti<0时，对公式(1)进行如下变换；
Figure FDA0002886613330000021
由于基本电压矢量
Figure FDA0002886613330000022
故公式(2)可变换为：
Figure FDA0002886613330000023
从公式(3)可知，将作用时间ti<0对应的基本电压矢量Vi替换为
Figure FDA0002886613330000024
此时
Figure FDA0002886613330000025
的作用时间为|ti|，就可以使得最终输出的m个基本电压矢量的作用时间均大于等于0。
6.根据权利要求5所述的一种多相逆变器空间电压矢量调制方法，其特征在于，所述步骤S5的具体实现过程如下：
当控制周期Ts为定值时，约束条件为：
Ttotal＝|t1|+…+|ti|+…+|tm|≤Ts (4)
当Ttotal≤Ts时，表明最终输出的m个基本电压矢量在控制周期Ts内同时准确合成了m个期望电压矢量；剩余时间t0＝Ts-Ttotal由V0或
Figure FDA0002886613330000026
作用；此时合成m个期望电压矢量的误差大小Δj，j＝1～m，如下式(5)所示；
Figure FDA0002886613330000027
当Ttotal>Ts时，表明最终输出的m个基本电压矢量在控制周期Ts内不能准确合成m个期望电压矢量；此时需要对最终输出的m个基本电压矢量的作用时间|ti|进行等比例压缩，过程如下：
ti＝|ti|·Ts/Ttotal (6)
最后，为减小逆变器的开关频率，使得在每个控制周期Ts中，逆变器每相只开关一次，将最终输出的m个基本电压矢量及其作用时间|ti|通过公式(7)转化为占空比Dx，x＝1～n，0≤Dx≤1，输出到n相逆变器中；
Figure FDA0002886613330000031
mi为最终输出的m个基本电压矢量的序号，i＝1～m，为减小逆变器输出能耗，如果n相逆变器高电平有效，则G＝0，如果n相逆变器低电平有效，则G＝2n-1，x+y＝n+1，bitget(mi，y)为取位函数，取出mi的二进制形式的第y位，bitget(G，y)取出G的二进制形式的第y位。
CN201911125422.0A 2019-11-18 2019-11-18 一种多相逆变器空间电压矢量调制方法 Active CN110829923B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911125422.0A CN110829923B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 一种多相逆变器空间电压矢量调制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911125422.0A CN110829923B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 一种多相逆变器空间电压矢量调制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110829923A CN110829923A (zh) 2020-02-21
CN110829923B true CN110829923B (zh) 2021-03-02

Family

ID=69556159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911125422.0A Active CN110829923B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 一种多相逆变器空间电压矢量调制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110829923B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115714565A (zh) * 2022-11-15 2023-02-24 博世华域转向系统有限公司 用于eps双三相电机逆变器的24扇区中心对称pwm调制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103715973A (zh) * 2014-01-03 2014-04-09 天津大学 一种五相电压源逆变桥空间电压矢量脉宽调制算法
CN104184354A (zh) * 2014-01-14 2014-12-03 深圳市中兴昆腾有限公司 一种用于三相逆变器的空间矢量脉宽调制方法
WO2017049250A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 Murata Manufacturing Co., Ltd. Pwm scheme based on space vector modulation for three-phase rectifier converters
CN109873593A (zh) * 2017-12-05 2019-06-11 中车株洲电力机车研究所有限公司 一种六相电机空间矢量调制方法、装置及其应用
US10389272B2 (en) * 2014-10-21 2019-08-20 Inertech Ip Llc Systems and methods for controlling multi-level diode-clamped inverters using Space Vector pulse width modulation (SVPWM)

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103715973A (zh) * 2014-01-03 2014-04-09 天津大学 一种五相电压源逆变桥空间电压矢量脉宽调制算法
CN104184354A (zh) * 2014-01-14 2014-12-03 深圳市中兴昆腾有限公司 一种用于三相逆变器的空间矢量脉宽调制方法
US10389272B2 (en) * 2014-10-21 2019-08-20 Inertech Ip Llc Systems and methods for controlling multi-level diode-clamped inverters using Space Vector pulse width modulation (SVPWM)
WO2017049250A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 Murata Manufacturing Co., Ltd. Pwm scheme based on space vector modulation for three-phase rectifier converters
CN109873593A (zh) * 2017-12-05 2019-06-11 中车株洲电力机车研究所有限公司 一种六相电机空间矢量调制方法、装置及其应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A modified continuous PWM technique for asymmetrical six-phase induction machines;J. Prieto et al.;《2010 IEEE International Conference on Industrial Technology》;20100527;全文 *
双三相永磁同步电机全调制比范围空间矢量脉宽调制;周长攀 等;《电工技术学报》;20150531;第30卷(第10期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110829923A (zh) 2020-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rodriguez et al. Latest advances of model predictive control in electrical drives—Part II: Applications and benchmarking with classical control methods
CN109039207B (zh) 一种n相n+1桥臂逆变器及其调制方法
CN102624319A (zh) 控制三次谐波电压的方法、系统和设备
CN109660160B (zh) 一种开关占空比预测转矩控制方法
CN109347386B (zh) 一种基于svpwm的五相永磁电机最大转矩电流比容错控制方法
CN109217765B (zh) 一种双三相永磁同步电机直接转矩控制方法
CN109586590B (zh) 用于电流源型变流器的多功能空间矢量调制方法
GHolinezhad et al. Application of cascaded H-bridge multilevel inverter in DTC-SVM based induction motor drive
CN110829923B (zh) 一种多相逆变器空间电压矢量调制方法
Lin et al. Digital implementation of diode-clamped three-phase three-level SVPWM inverter
Mohamed et al. Power quality of dual two-level inverter fed open end winding induction motor
CN108322074B (zh) 一种基于十二边形空间电压矢量的级联二电平逆变器svpwm调制方法
CN112260605B (zh) 五相永磁同步电机缺一相故障直接转矩控制方法
Dekka et al. An improved indirect model predictive control approach for modular multilevel converter
CN115913038A (zh) 一种双三相永磁同步电机模型预测控制方法
JP2012050173A (ja) 交流電動機の駆動制御装置
Ahmadi et al. Improved performance of direct torque control of induction machine utilizing 3-level cascade H-bridge multilevel inverter
JP2011109732A (ja) モータ制御装置及びモータ制御方法
CN105391325B (zh) 一种基于空间电压矢量脉宽调制的调制方法
JP2022165651A (ja) モータ制御装置
CN116418273A (zh) 一种多相逆变器空间电压矢量调制算法
CN108880403B (zh) 用于多相电机定子缺相故障的电压空间矢量脉宽调制方法
Chen An overview of power electronic converter technology for renewable energy systems
CN112865613A (zh) 一种半集中式开绕组电机驱动系统的控制方法
Roy et al. GH-reference frame based SVPWM controlled T-type NPC inverter fed PMSM drive for electric vehicle applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant