《CN2014101332432A 一种五相逆变器新空间矢量脉宽调制方法 1-11》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CN2014101332432A 一种五相逆变器新空间矢量脉宽调制方法 1-11（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 104038096 A(43)申请公布日 2014.09.10CN104038096A(21)申请号 201410133243.2(22)申请日 2014.04.03H02M 7/5387(2007.01)(71)申请人天津大学地址 300072 天津市南开区卫津路92号(72)发明人李斌 李龙吉 李桂丹(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201代理人程毓英(54) 发明名称一种五相逆变器新空间矢量脉宽调制方法(57) 摘要本发明涉及一种五相逆变器新空间矢量脉宽调制方法，包括：构造五维的参考电压向量；优化逆变器五个桥臂功率管的导通时间，具体步骤如
2、下：对五个桥臂功率管的导通时间进行排序；定义逆变器两个零矢量的作用时间并计算优化后的零矢量的作用时间；计算优化后的逆变器五个桥臂上功率管的导通时间；输出开关控制信号。本发明通过重新分配零矢量作用时间，扩大了调制范围，有效的提高了直流母线电压的利用率。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书6页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书6页 附图3页(10)申请公布号 CN 104038096 ACN 104038096 A1/1页21.一种五相逆变器新空间矢量脉宽调制方法，包括：（1）以逆变器直流母线电压Vdc为电压基值，设分别为五相系统坐标变
3、换后的d1-q1和d3-q3平面内的电压空间矢量的标幺值，其中，vd1-ref是d1轴上的电压分量的标幺值，vq1-ref是q1轴上的电压分量的标幺值，vd3-ref是d3轴上的电压分量的标幺值，vq3-ref是q3轴上的电压分量的标幺值，分别对应逆变器输出电压中的独立的基波和谐波分量；（2）给定零序平面中的参考电压矢量v0_ref，首先设v0_ref=0.5；（3）构造五维的参考电压向量Uref(vd1_ref,vq1_ref,vd3_ref,vq3_ref,v0_ref)T（4）设Ta、Tb、Tc、Td、Te为逆变器五个桥臂上功率管的导通时间初值，TS为逆变器功率管的开关周期，则Ta、Tb
4、、Tc、Td、Te可表示为（5）优化逆变器五个桥臂功率管的导通时间，具体步骤如下：a.对五个桥臂功率管的导通时间进行排序，设最大值为T1P，最小值为T5P；b.定义逆变器两个零矢量的作用时间分别为T0、T31，得到T0=Ts-T1P，T31=T5P；c.定义T0、T31为优化后的零矢量的作用时间，表示为T0=T31=1/2(Ts-T1P+T5P)；d.定义Ta、Tb、Tc、Td、Te为优化后的逆变器五个桥臂上功率管的导通时间，可表示为TiTi-T5p+T31，i=a、b、c、d、e；（6）输出开关控制信号，上述时间分别对应着各相开关的占空比，将其分别与三角载波信号进行比较后产生五相逆变器所需的
5、PWM信号。权 利 要 求 书CN 104038096 A1/6页3一种五相逆变器新空间矢量脉宽调制方法 所属技术领域0001 本发明涉及一种五相逆变器空间矢量PWM调制算法，具体地，属于电机驱动系统研究领域。背景技术0002 随着现代电力电子技术的发展，对于由逆变器供电的交流电机，定子的相数可以被当做一个新的设计参数。与常规的三相电机相比，多相电机有许多的优势。例如，它通过增加电机相数能够满足低压大功率场合。电机相数的增多也使得影响较大的空间谐波的次数增大且幅值下降，从而令转矩脉动较小。多相电机在定子缺相时仍可以降功率启动和运行，适合高可靠性的领域。近些年来多相电机驱动领域的发展也相应的推动
6、了多相逆变器脉宽调制(PWM)策略的发展。0003 传统的五相电机驱动系统中，逆变器输出单一频率的正弦电压，即输出电压仅包含基波分量。研究表明，在基波基础上，通过注入满足一定比例和相位关系的谐波电流，可以有效地提高电机输出转矩和电机效率，并使电机在低速下具有良好的动态响应和带载起动能力。此时，需要逆变器除了基波外，还能输出频率、幅值可控的谐波。另一方面，在一定数量的多相电机通过适当的相序转换规则串联起来、由一台多相逆变器供电的多电机串联驱动系统中，也要求逆变器输出独立、可控的多频率电压。0004 为了满足这个要求，必须研究多相逆变器的调制策略。有的学者从正弦空间矢量PWM(SVPWM)划分平面
7、扇区，选择有效矢量出发，在一个开关周期内分别利用四个有效矢量合成两个d-q平面的参考矢量，然后通过合并子周期，移动各相开关脉冲的到开关周期的中间位置，最终转换为用四个有效矢量合成多维参考矢量。有的学者通过划分多维扇区，线下建立查询表的方式，利用入口参数进入查询表选择有效矢量及计算作用时间。这些算法存在着扇区划分较多，矢量选择复杂，扇区表占用大量内存的问题，且不易向更多相数推广的问题。发明内容0005 本发明目的在于针对现有的五相逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法的上述问题，提出一种五相逆变器SVPWM方法，根据给定的参考电压，控制五相逆变器5个支路功率管的开关状态。该方法定义空间相矢量作
8、为一组基本空间矢量用来合成两个平面的参考电压，避免了扇区划分和矢量选择的难题，引入零序时间方便计算，利用零电压矢量作为一个自由参数，通过重新分配零矢量作用时间，扩大了调制范围，有效的提高了直流母线电压的利用率。0006 一种五相逆变器新空间矢量脉宽调制方法，包括：0007 (1)以逆变器直流母线电压Vdc为电压基值，设分别为五相系统坐标变换后的d1-q1和d3-q3平面内的电压空间矢量的标幺值，说 明 书CN 104038096 A2/6页4其中，vd1-ref是d1轴上的电压分量的标幺值，vq1-ref是q1轴上的电压分量的标幺值，vd3-ref是d3轴上的电压分量的标幺值，vq3-ref是
9、q3轴上的电压分量的标幺值，分别对应逆变器输出电压中的独立的基波和谐波分量，由上 一级控制单元给出；0008 (2)给定零序平面中的参考电压矢量v0_ref，首先设v0_ref0.5；0009 (3)构造五维的参考电压向量Uref(vd1_ref,vq1_ref,vd3_ref,vq3_ref,v0_ref)T0010 (4)设Ta、Tb、Tc、Td、Te为逆变器五个桥臂上功率管的导通时间初值，TS为逆变器功率管的开关周期，则Ta、Tb、Tc、Td、Te可表示为0011 0012 0013 0014 0015 0016 (5)优化逆变器五个桥臂功率管的导通时间，具体步骤如下：0017 a.对五
10、个桥臂功率管的导通时间进行排序，设最大值为T1P，最小值为T5P；0018 b.定义逆变器两个零矢量的作用时间分别为T0、T31，得到0019 T0Ts-T1P，T31T5P；0020 c.定义T0、T31为优化后的零矢量的作用时间，表示为0021 T0T311/2(Ts-T1P+T5P)；0022 d.定义Ta、Tb、Tc、Td、Te为优化后的逆变器五个桥臂上功率管的导通时间，可表示为0023 TiTi-T5p+T31，ia、b、c、d、e；0024 (6)输出开关控制信号，上述时间分别对应着各相开关的占空比，将其分别与三角载波信号进行比较后产生五相逆变器所需的PWM信号。0025 本发明的
11、技术效果如下：0026 1、本发明给出的五相SVPWM方法从空间矢量的本质出发，在合成参考矢量时从新的角度选择空间矢量，利用相矢量的概念直接将空间矢量的合成转移到各相的开通时间，实现了一种全新的五相逆变器空间矢量脉宽调制。0027 2、此种实现方式省去了划分扇区，选择矢量的麻烦，节省了处理器内存，优化了运算时间。0028 3、在得到各空间相矢量作用时间之后，再将零矢量作为自由参数，对其重新分配作用时间，使调制效果大为改善，扩大了调制范围，提高了直流母线电压利用率。附图说明0029 图1五相电压源逆变器拓扑结构。0030 图2五相逆变器的空间电压矢量分布，(a)为d1-q1平面的空间矢量分布，(
12、b)d3-q3平面的空间矢量分布。说 明 书CN 104038096 A3/6页50031 图3五相空间相矢量在解耦平面上的分布，(a)为空间相矢量在d1-q1平面上的分布，(b)为空间相矢量在d3-q3平面上的分布，(c)为空间相矢量在零序空间上的分布。0032 图4一个开关周期内居中放置的相矢量脉冲。0033 图5零矢量平均分配后的各相导通时间。具体实施方式0034 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合附图对本申请做进一步的详细说明。0035 五相逆变器的典型拓扑结构如图1所示。直流母线电压为Vdc，每个桥臂有上下两个开关器件，五相负载为星形连接。定义每一相的开关函数为s
13、k(ka,b,c,d,e)，上桥臂开关器件开通时sk1，下桥臂开关器件开通时sk0。每一时刻，上下桥臂只有一个开关器件导通，五相桥臂开关可以组成32种开关模式，分别对应着32个空间电压矢量，当某种开关模式下的各相负载有功率流动时，对应的空间矢量称之为有效电压矢量，否则称为零矢量，即开关模式为(11111)和(00000)的两种情况。0036 以下将从新型多维SVPMW调制方法的提出过程和具体实现方式两方面作进一步说明。0037 1.本发明的五相逆变器空间矢量脉宽调制方法的提出0038 1)定义五相逆变器空间矢量的空间合成方式0039 根据坐标变换原理，五相逆变器的30个非零矢量在解耦之后的d1
14、-q1、d3-q3平面的分布如图2所示。两个平面中的电压矢量对应着五相逆变器输出电压中的独立的基波和谐波分量，可以通过选择不同的非零电压矢量组合、并控制各电压矢量的作用时间，就能改变五相逆变器输出电压的频率和幅值。0040 定义图2中的开关函数(10000)、(01000)、(00100)、(00010)、(00001)所对应的5个电压矢量为空间相矢量，其中Ua(1)、Ub(1)、Uc(1)、Ud(1)、Ue(1)分别为开关函数(10000)、(01000)、(00100)、(00010)、(00001)所对应的在d1-q1平面中的电压矢量标幺值，幅值为0.4，Ua(3)、Ub(3)、Uc(3
15、)、Ud(3)、Ue(3)分别为开关函数(10000)、(01000)、(00100)、(00010)、(00001)所对应的在d3-q3平面中的电压矢量标幺值，幅值为0.4，由矢量合成原理可以看出，d1-q1、d3-q3平面中其他空间矢量均可以用这五个相矢量合成。空间相矢量在解耦平面d1-q1、d3-q3的空间分布如图3(a)、图3(b)所示。0041 以逆变器直流母线电压Vdc为电压基值，设逆变器输出的电压参考值为和 为五相系统坐标变换后的d1-q1和d3-q3平面内的电压空间矢量的标幺值，其中，vd1-ref是d1轴上的电压分量的标幺值，vq1-ref是q1轴上的电压分量的标幺值，vd3
16、-ref是d3轴上的电压分量的标幺值，vq3-ref是q3轴上的电压分量的标幺值。实质上分别对应逆变器输出电压中的独立的基波和谐波分量，由上一级控制单元给出。利用空间相矢量合成两个平面的参考电压矢量，可表示为：0042 0043 式中，Ta、Tb、Tc、Td、Te为逆变器五个桥臂上功率管的导通时间，Ts为逆变器功率管说 明 书CN 104038096 A4/6页6的开关周期。0044 式(1)中，方程组包含了4个方程，5个未知数。显然，为了求解各空间相矢量的作用时间还需要增加条件。除了d1-q1分量、d3-q3分量，五相系统坐标变换后存在零序分量。零序分量是一个孤立系统，不会影响逆变器相电压输出，可以单独处理，但会影响逆变器的调制比，是逆变器PWM调制策略中一个需
