專利名稱：一種空間電壓矢量脈寬的快速調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間電壓矢量脈寬的快速調(diào)制方法領(lǐng)域，特別是一種應(yīng)用于變頻器的空間電壓矢量脈寬的快速調(diào)制方法。
背景技術(shù)：
近年來，電機(jī)的矢量控制理論被引入變頻器領(lǐng)域，并得到廣泛應(yīng)用。其基本原理是通過控制變頻器三相橋臂電壓的作用時(shí)間占空比，使變頻器的輸出調(diào)制波接近三相交流正弦波，為電機(jī)等負(fù)載提供電源。但是由于受到變頻器開關(guān)器件性能的限制，變頻器的輸出調(diào)制波形脈沖寬度必須保證開關(guān)器件能夠有效導(dǎo)通和關(guān)斷，否則開關(guān)器件的損耗將大大增加。特別是在高壓變頻調(diào)速領(lǐng)域，由于器件成本與性能等因素的限制，開關(guān)器件工作頻率均控制在幾百赫茲內(nèi)以減少損耗。而當(dāng)變頻器輸出接近電壓峰值時(shí)，調(diào)制的關(guān)斷時(shí)間非常短，此時(shí)窄脈寬問題就會(huì)變得尤為突出。為了防止窄脈寬問題對(duì)變頻器和負(fù)載造成的損壞，變頻調(diào)速系統(tǒng)和變頻器等產(chǎn)品多設(shè)置有最小脈寬限制。但是最小脈寬限制的設(shè)置一方面增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，另一方面也減小了變頻器電壓利用率，降低了設(shè)備性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提出一種空間矢量脈寬的調(diào)制方法，能有效避免窄脈寬問題的出現(xiàn)，并簡(jiǎn)化調(diào)制過程，提高調(diào)制速度。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:—種空間電壓矢量脈寬的快速調(diào)制方法，其特征在于:包括如下步驟I)預(yù)先設(shè)置當(dāng)前時(shí)刻n=0、調(diào)制的最小脈寬Tmin ;限制三相上橋臂作用時(shí)間Ta、Tb、Tc的取值范圍；2)置當(dāng)前時(shí)刻n=n+l，并獲取該時(shí)刻下的參考電壓矢量Uref (n)；3)根據(jù)三相上橋臂作用時(shí)間Ta、Tb、T。的不同取值情況，確定該時(shí)刻下使合成電壓矢量最接近參考電壓矢量Ur6f (n)的Ta、Tb、T。；4)根據(jù)確定的Ta、Tb、T。對(duì)應(yīng)導(dǎo)通三相上橋臂，三相下橋臂與三相上橋臂反相，維持Tniin時(shí)間后重復(fù)步驟2)。進(jìn)一步的，所述的最小脈寬Tmin為恒量，根據(jù)需要在Ius到IOOus范圍取值。進(jìn)一步的，在步驟3)中，設(shè)置合成電壓矢量與參考電壓矢量之間的誤差E(n)，確定該時(shí)刻使合成電壓矢量最接近參考電壓矢量的Ta、Tb、T。，是指令第n時(shí)刻誤差E (n)幅值最小，即 min| E (n) I I o進(jìn)一步的， 所述合成電壓矢量與參考電壓矢量之間的誤差E(n)由下式計(jì)算得到:斗,)=-弄G-^Uc+ E{n-\)
I mmminmui
其中，Ua、Ub、U。分別為變頻器三個(gè)上橋臂導(dǎo)通時(shí)輸出的電壓矢量；U,ef(n)為參考電壓矢量第n時(shí)刻取值且E (0) =0。進(jìn)一步的，所述三相上橋臂作用時(shí)間Ta、Tb、T。的取值范圍為0或Tmin，輸出的窄脈寬不小于Tniint5由上述對(duì)本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明增加了對(duì)三相上橋臂作用時(shí)間Ta、Tb、Tc的限定條件，使調(diào)制輸出波形脈寬始終為最小脈寬的整數(shù)倍，從而消除了傳統(tǒng)空間電壓矢量合成方法中由于橋臂電壓作用時(shí)間不確定性所造成的窄脈寬問題。使得所有開關(guān)器件能夠始終工作在安全頻率范圍內(nèi)，有效降低變頻器與負(fù)載的損耗；同時(shí)由于不需要設(shè)置最小脈寬限制，故可以避免由其造成的變頻器線性調(diào)制范圍減小、設(shè)備性能降低等問題。


圖1為三相橋臂坐標(biāo)系示意圖；圖2本發(fā)明快速調(diào)制方法的流程圖；圖3為使用傳統(tǒng)空間電壓矢量脈寬調(diào)整方法產(chǎn)生的PWM波形；圖4為使用本發(fā)明快速調(diào)制方法產(chǎn)生的PWM波形。
具體實(shí)施例方式以下通過具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。傳統(tǒng)的空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法，合成參考電壓矢量應(yīng)滿足:TfflinUref=TaUa+TbUb+TcUc其中Uref為參考電壓矢量，Tfflin為最小脈寬，Ua、Ub、U。分別為變頻器三個(gè)上橋臂導(dǎo)通時(shí)輸出的電壓矢量，Ta、Tb、T。分別為變頻器三個(gè)上橋臂的導(dǎo)通時(shí)間。從參考電壓矢量合成公式可以看出，空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法的本質(zhì)是使用三相橋臂對(duì)應(yīng)輸出的電壓矢量ua、Ub、U。來逼近參考電壓矢量uref。故直接使用這三個(gè)電壓矢量作為基本矢量，對(duì)參考電壓矢量進(jìn)行合成，就不需要用到傳統(tǒng)空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法中的8個(gè)基本空間電壓矢量，因此也就無需進(jìn)行扇區(qū)劃分與判斷，提高了調(diào)制速度。本發(fā)明為了避免由于設(shè)定占空比原因造成的窄脈寬問題，對(duì)上述合成過程增加限定條件——限定變頻器三個(gè)上橋臂的導(dǎo)通時(shí)間Ta、Tb、T。只能分別從最小脈寬Tmin和0當(dāng)中二選一，同時(shí)下橋臂輸出狀態(tài)始終與上橋臂輸出狀態(tài)反相。由于增加的限定條件，使得一個(gè)最小脈寬內(nèi)，Ta、Tb、T。各自的取值范圍有限，因此變頻器能夠合成的電壓矢量也是有限的，故無法精確合成參考電壓矢量。為了解決這一問題，引入合成誤差E(n)，即:TfflinUref=TaUa+TbUb+TcUc+E (n)其中，E(n)是合成電壓矢量與參考電壓矢量之間的誤差。由于這一誤差無法消除，故考慮將該誤差約束在一定范圍內(nèi)。為使調(diào)制過程中合成誤差始終被約束在一定范圍內(nèi)，可對(duì)Ta、Tb、Tc三個(gè)變量的取值分別進(jìn)行構(gòu)造并預(yù)測(cè)其合成誤差。通過選取能夠在每個(gè)最小脈寬內(nèi)使得E(n)幅度最小的解，即可保證在每個(gè)最小脈寬內(nèi)算法均能夠進(jìn)行自我校正，從而將誤差約束在一定范圍內(nèi)。
參見圖2，本發(fā)明的一種空間電壓矢量脈寬快速調(diào)制方法，具體操作步驟如下:I)設(shè)置調(diào)制的最小脈寬Tmin,設(shè)置初始時(shí)刻n=0，設(shè)置初始誤差E (0) =0。2)更新當(dāng)前時(shí)刻n (n=n+l)，取得該時(shí)刻下參考電壓矢量Uref (n)。3)分別令三相上橋臂的電壓作用時(shí)間Ta、Tb、T。為0或Tmin，其中三者全為0或全為Tmin輸出的電壓一致，則存在7種可能的取值(排列組合)。4)分別計(jì)算選取這7種取值的情況下所產(chǎn)生的合成誤差E (n)，計(jì)算公式如下:
權(quán)利要求
1.一種空間電壓矢量脈寬的快速調(diào)制方法，其特征在于:包括如下步驟 1)預(yù)先設(shè)置當(dāng)前時(shí)刻n=0、調(diào)制的最小脈寬Tmin;限制三相上橋臂作用時(shí)間Ta、Tb、T。的取值范圍； 2)置當(dāng)前時(shí)刻n=n+l，并獲取該時(shí)刻下的參考電壓矢量UMf(n)； 3)根據(jù)三相上橋臂作用時(shí)間Ta、Tb、T。的不同取值情況，確定該時(shí)刻下使合成電壓矢量最接近參考電壓矢量UMf (n)的Ta、Tb、T。； 4)根據(jù)確定的Ta、Tb、T。對(duì)應(yīng)導(dǎo)通三相上橋臂，三相下橋臂與該上橋臂反相，維持Tmin時(shí)間后重復(fù)步驟2)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種空間電壓矢量脈寬的快速調(diào)制方法，其特征在于:所述的最小脈寬Tmin為恒量，根據(jù)需要在Ius到IOOus范圍取值。
3.如權(quán)利要求1所述的一種空間電壓矢量脈寬的快速調(diào)制方法，其特征在于:在步驟3 )中，設(shè)置合成電壓矢量與參考電壓矢量之間的誤差E (n)，確定該時(shí)刻使合成電壓矢量最接近參考電壓矢量的Ta、Tb、T。，是指令第n時(shí)刻誤差E (n)幅值最小，即min| |E(n) | |。
4.如權(quán)利要求3所述的一種空間電壓矢量脈寬的快速調(diào)制方法，其特征在于:所述合成電壓矢量與參考電壓矢量之間的誤差E(n)由下式計(jì)算得到:
5.如權(quán)利要求1所述的一種空間電壓矢量脈寬的快速調(diào)制方法，其特征在于:所述三相上橋臂作用時(shí)間Ta、Tb、T。的取值范圍為0或Tmin，輸出的窄脈寬不小于Tmin。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空間電壓矢量脈寬的快速調(diào)制方法，包括如下步驟1)預(yù)先設(shè)置當(dāng)前時(shí)刻n=0、最小脈寬Tmin；限制三相上橋臂作用時(shí)間Ta、Tb、Tc的取值范圍；2)置當(dāng)前時(shí)刻n=n+1，并獲取該時(shí)刻下的參考電壓矢量Uref(n)；3)根據(jù)三相上橋臂/下橋臂作用時(shí)間Ta、Tb、Tc的取值情況，確定該時(shí)刻下使合成電壓矢量最接近參考電壓矢量Uref(n)的Ta、Tb、Tc；4)根據(jù)確定的Ta、Tb、Tc對(duì)應(yīng)導(dǎo)通三相上橋臂，三相下橋臂與該上橋臂反相，維持Tmin時(shí)間后重復(fù)步驟2)。本發(fā)明通過條件限定，將傳統(tǒng)空間電壓矢量脈寬調(diào)制方法的調(diào)制過程及其結(jié)果離散化，使實(shí)際調(diào)制的脈寬達(dá)到最小脈寬的整數(shù)倍,從而避免了調(diào)制信號(hào)中窄脈寬的產(chǎn)生。離散化的過程中，無需進(jìn)行扇區(qū)劃分與判斷，提高了調(diào)制速度。
文檔編號(hào)H02M7/48GK103219905SQ201310114338
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)明者吳德會(huì), 柳振涼, 夏曉昊, 張忠遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)