專利名稱：用于異步電機的相電壓差值型svpwm控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及異步電機變頻控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種能提高實時控制效 率的用于異步電機的相電壓差值型SVPWM控制方法。
背景技術(shù)：
電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)以其開關(guān)次數(shù)少、電壓利用率高、 抑制諧波效果好等特點，已被廣泛應(yīng)用于異步電機交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。但傳統(tǒng) 的SVPWM控制方法首先需引入Park坐標變換，把三相旋轉(zhuǎn)坐標系下的Fa、 ^、 K相電壓映射為二維靜止坐標系下的電壓空間矢量分量，通過反正切求取相角0 來劃分扇區(qū)，并按式(1)求出基本電壓空間矢量作用時間
r《如l—-學(xué)
見圖2，對應(yīng)于圖1三相逆變器的8個基本電壓空間矢量為V0 (000)、 VI (100)、 V2 (110)、 V3 (010)、 V4 (011)、 V5 (001)、 V6 (101)、 V7 (111)，
;、 r^分別為二維靜止坐標系下同一扇區(qū)內(nèi)相鄰基本電壓空間矢量Kfc 、^+1
的作用時間，7;為PWM開關(guān)周期，r血為圖l三相逆變器直流母線電壓，0為 電角度。以上分析可見，傳統(tǒng)的SVPWM控制方法，需進行坐標矩陣變換、三
角函數(shù)計算，軟件開銷較大，計算效率較低，影響控制的實時性。為彌補這些 不足，許多文獻對此進行了專門研究。某些研究簡化了坐標變換，但需進行三
角函數(shù)的無理除法及絕對值計算；某些研究解決了無理數(shù)、絕對值問題，對基 本電壓空間矢量作用時間的計算公式做了簡化，但實際計算量仍較大；某些研 究簡化了二維靜止坐標系中電壓空間矢量分量計算，但引入的參數(shù)矩陣卻帶來 了大量三角函數(shù)運算。盡管相關(guān)簡化算法不斷推陳出新，仍無法克服彼消此長 的弊端，不能在根本上解決計算量較大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于異步電機的相電壓差
值型SVPWM控制方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的 一種用于異步電機的相電壓 差值型SVPWM控制方法，三相逆變器具有三個上橋管U、 V、 W和三個下橋
管X、 y、 Z;該方法包括以下步驟
(1) 按照三相異步電機的控制要求，得到三相參考電壓F。、 r6、 Fc;
(2) 按三相參考電壓F。、 K、 Fc從大到小排序列表來確定參考電壓空間矢量 PW所處扇區(qū)位置；
(3) 分別求同一扇區(qū)內(nèi)兩相鄰基本電壓空間矢量^ 、的作用時間&、
(4) 由&、 7^換算出逆變器三相橋臂上管導(dǎo)通時間L, fw Q，分別對應(yīng) 于上橋管U、 V、 W導(dǎo)通時間；
(5) 按照不同扇區(qū)基本電壓空間矢量的組合及作用時間，通過控制該扇區(qū)三相 PWM開關(guān)模式，使根據(jù)預(yù)先設(shè)定的頻率和幅度進行圓形旋轉(zhuǎn)，最終實現(xiàn)相電壓 差值型SVPWM輸出。
進一步地，所述步驟(3)中，通過式
得到作用時間7^、 rA+1，其中，F(xiàn)&為三相逆變器直流母線電壓。 進一步地，所述步驟(4)中，通過式
卿一 2
'f to = f am + K f咖=,腳+ K + K+l
得到逆變器三相橋臂上管導(dǎo)通時間~。 ，
本發(fā)明的有益效果是
1、按三個參考相電壓K、 K、 Fc從大到小排序列表來判斷以圓形旋轉(zhuǎn)的參
考電壓矢量^ef所處扇區(qū)位置，避免求取相角e來劃分扇區(qū)的方法，提高了輸出
電壓精度。2、利用控制系統(tǒng)生成的相位互差120°的三相正弦參考電壓的相電壓差值 (r。-^)、 (K-K)、 (K-K)來直接求取基本電壓空間矢量作用時間，避免坐 標矩陣變換、三角函數(shù)等復(fù)雜計算。


圖1是三相逆變器主電路結(jié)構(gòu)圖； 圖2是電壓空間矢量作用示意圖3是電壓空間矢量作用在第一扇區(qū)時三相PWM開關(guān)模式示意圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。 本發(fā)明的核心是二維靜止坐標系下同一扇區(qū)內(nèi)兩相鄰基本電壓空間矢量 K 、Fw的作用時間Tfc、 7\+1，是直接根據(jù)異步電機的三個相電壓差值變量(^-K)、 (F。-Fc)、 (Fc-F"得出的，不涉及坐標矩陣變換及三角函數(shù)計算。本發(fā)明 以第一扇區(qū)為例，見表l。表l:電壓空間矢量Vref作用扇區(qū)判斷列表
扇 區(qū)K、 K與K
1
2[;i/3， 2ti/3]
3[2兀/3, 7t]
4[:r， 4兀/3]
5[4兀/3， 5兀/3]
6[5兀/3， 2兀1「 &
第一扇區(qū)中r。>r6〉Ke,則差值svpwM的具體實現(xiàn)按以下rfe、 7\+1計算 公式(2)進行
. * (2)
、 q
其中7;為PWM開關(guān)周期，F(xiàn)^為三相逆變器直流母線電壓。同理，若參考
電壓矢量Fref處于第五扇區(qū)，第五扇區(qū)中K〉K〉K，則^、 r^的計算按公式(3)進行:
k K血
一般地，設(shè)某扇區(qū)K〉^〉K為由大到小的三個相電壓排序，則^、幾+1的 計算通式見公式(4):
< rfc (4)
、 c
如圖1所示，J&為三相逆變器直流母線電壓，U、 V、 W為三相逆變器的 上橋管，x、 y、 z為三相逆變器的下橋管，F(xiàn)。、 K、 ^為異步電機的三相供電電 壓。
如圖2所示，^ef為以圓形旋轉(zhuǎn)的參考電壓矢量，8個基本電壓空間矢量分
別為V0 (000)、 VI (100)、 V2 (110)、 V3 (010)、 V4 (011)、 V5 (001)、 V6 (101)、 V7 (111),整個電壓空間矢量分成l-6六個扇區(qū)，零矢量V0 (000)、 V7 (111)位于六邊形中點。
如圖3所示，是電壓空間矢量作用在第一扇區(qū)時三相PWM開關(guān)樣式示例， 其電壓空間矢量分布為K^^^^^fV本發(fā)明用于異步電機的相電壓差值型 SVPWM控制方法，包括以下步驟
1、 按照三相異步電機的控制要求，得到三相參考電壓K。、 K、 Fc。
K、. K、 K依據(jù)三相異步電機的最高最低工作頻率、額定電壓與最高工作 電壓、恒功率區(qū)與恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的拐點頻率電壓以及最大工作電流限幅等條件給定。
2、 按三相參考電壓F。、 K、 K從大到小排序列表來確定參考電壓空間矢量 PW所處扇區(qū)位置。
按表1所列的F。、 J^、 K排序，例如當數(shù)字處理器判別出當前^。>^>^， 則^f處于第一扇區(qū)，避免求取相角e來劃分扇區(qū)的方法，軟件資源占用率低、
方法簡潔。確定了 PW所處扇區(qū)位置，就得到合成J^f所需的該扇區(qū)相鄰基本電
壓空間矢量Ffo 、 ^+1，如第一扇區(qū)F產(chǎn)V1 (100), Ffc+1=V2 (110)。
3、 分別求同一扇區(qū)內(nèi)兩相鄰基本電壓空間矢量^ 、 &+1的作用時間7;、圖2中，如第一扇區(qū)F。>F6>KC，按公式(4)計算rfc、 7\+1的通式，取fa, 產(chǎn)6， z=c，具體計算時，F(xiàn)。、 K、 ^及直流母線電壓F^作標么化處理。
4.由rfe、 換算出逆變器三相橋臂上管導(dǎo)通時間" ，分別 對應(yīng)于u、 v、 w導(dǎo)通時間。
G。 ， &。， 1。 的計算見公式(5),經(jīng)標么化后相當于數(shù)字處理器內(nèi)置的三相 PWM發(fā)生單元比較值，用三個參考相電壓差值表示，即有公式(6)。
Z。o/j 一
2
to" = ^咖+ L +
(5)
7;
2r,
2F,
(6)
5.按照不同扇區(qū)基本電壓空間矢量的組合及作用時間，通過控制該扇區(qū)三 相PWM開關(guān)模式，使根據(jù)預(yù)先設(shè)定的頻率和幅度進行圓形旋轉(zhuǎn)，最終實現(xiàn)相電 壓差值型SVPWM輸出。
圖3所示以第一扇區(qū)為實施例中，參考圖2， VI (100)和V2 (110)合成 當前的參考電壓空間矢量Kref，把PWM開關(guān)模式分為三相七段式，其基本電壓 空間矢量以V0V1V2V7V2V1V0分布。在一個開關(guān)周期內(nèi)，設(shè)VI (100)作用
時間為r;， V2 (no)作用時間為r2，即三相PWM脈寬差值合成參考電壓矢量
Fref，圖3開關(guān)模式中均為高電平(111)或低電平(000)時，不存在相電壓差值， 只產(chǎn)生零電壓空間矢量。在這個意義上，PWM脈寬差值的不同，導(dǎo)致基本電壓
空間矢量作用時間的不同，而矢量作用時間的不同，最終使輸出的合成參考電 壓空間矢量^f不同，表現(xiàn)在逆變器輸出大小不同的三相電壓。因此，三個相電
壓的差值直接反映了 PWM脈寬的差值，這正是本發(fā)明的創(chuàng)新意義所在。
本發(fā)明在每個PWM控制周期內(nèi)，利用控制系統(tǒng)生成的相位互差120°的三 相正弦參考電壓的相電壓差值來直接求取基本電壓空間矢量作用時間，按從大 到小排列的三個參考相電壓順序關(guān)系來判斷以圓形旋轉(zhuǎn)的參考電壓矢量Kref所處扇區(qū)位置，完全省略了傳統(tǒng)方法中的坐標矩陣變換、三角函數(shù)運算以及參考 電壓矢量對扇區(qū)的矢量分解推導(dǎo)，全部中間過程簡化為只判斷三個相電壓的大 小順序和計算其差值，步驟清晰，模型簡單，計算效率高，實時性強，適合高 精度控制，具有較大的理論創(chuàng)新和應(yīng)用價值。
權(quán)利要求
1.一種用于異步電機的相電壓差值型SVPWM控制方法，三相逆變器具有三個上橋管U、V、W和三個下橋管x、y、z。其特征在于，該方法包括以下步驟(1)按照三相異步電機的控制要求，得到三相參考電壓Va、Vb、Vc。(2)按三相參考電壓Va、Vb、Vc從大到小排序列表來確定參考電壓空間矢量Vref所處扇區(qū)位置。(3)分別求同一扇區(qū)內(nèi)兩相鄰基本電壓空間矢量Vk，、Vk+1的作用時間Tk，、Tk+1。(4)由Tk，、Tk+1換算出逆變器三相橋臂上管導(dǎo)通時間taon，tbon，tcon，分別對應(yīng)于上橋管U、V、W導(dǎo)通時間。(5)按照不同扇區(qū)基本電壓空間矢量的組合及作用時間，通過控制該扇區(qū)三相PWM開關(guān)模式，使根據(jù)預(yù)先設(shè)定的頻率和幅度進行圓形旋轉(zhuǎn)，最終實現(xiàn)相電壓差值型SVPWM輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于異步電機的相電壓差值型SVPWM控制方法， 其特征在于，所述步驟(3)中，通過式得到作用時間K、幾+1，其中，K必為三相逆變器直流母線電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于異步電機的相電壓差值型SVPWM控制方法， 其特征在于，所述步驟(4)中，通過式' 義-7;-7;+1'^做=+ f咖=Con + A +得到逆變器三相橋臂上管導(dǎo)通時間t。"。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于異步電機的相電壓差值型SVPWM控制方法；在每個PWM控制周期內(nèi)，利用控制系統(tǒng)生成的相位互差120°的三相正弦參考電壓的相電壓差值來直接求取基本電壓空間矢量作用時間，按從大到小排列的三個參考相電壓順序關(guān)系來判斷以圓形旋轉(zhuǎn)的參考電壓矢量V_ref所處扇區(qū)位置，完全省略了傳統(tǒng)方法中的坐標矩陣變換、三角函數(shù)運算以及參考電壓矢量對扇區(qū)的矢量分解推導(dǎo)，全部中間過程簡化為只判斷三個相電壓的大小順序和計算其差值，步驟清晰，模型簡單，計算效率高，實時性強，適合高精度控制，具有較大的理論創(chuàng)新和應(yīng)用價值。
文檔編號H02P21/00GK101515782SQ20091009678
公開日2009年8月26日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者張寅孩, 葦 祝 申請人:浙江理工大學(xué)