一种三相两电平逆变器SVPWM调制中抑制共模电压的方法与流程

一种三相两电平逆变器svpwm调制中抑制共模电压的方法
技术领域
1.本发明涉及空间矢量脉宽调制技术(svpwm)领域，尤其涉及一种三相两电平逆变器svpwm调制中抑制共模电压的方法。


背景技术：

2.目前，三相两电平逆变器配合空间矢量脉宽调制技术(svpwm)在工业、汽车、航空航天等领域获得了广泛应用，但因零矢量和死区的存在会产生很大的共模电压，该现象会导致电机轴承上产生过电压，对电机寿命影响较大。现有的抑制共模电压的方案主要为：1、使用无源滤波器抑制共模电流，该方案会增加硬件成本和体积重量；2、改进svpwm调制方式，但是计算量较大，母线电压利用率过低，且无法消除死区的影响。
3.目前对svpwm的应用，以七段式矢量方式为主。该调制使用了2个零电压矢量[u0(000)、u7(111)]和6个非零电压矢量[u1(100)、u2(110)、u3(010)、u4(011)、u5(001)、u6(101)、]将svpwm调制划分为
ⅰ‑ⅵ
扇区共6个扇区，每个扇区范围为相邻的非零电压矢量之间。目标电压矢量usref使用该扇区相邻的2个非零电压矢量与2个零电压矢量共同作用合成来合成。附图2表示的是目标电压矢量usref在第ⅰ扇区使用u1和u2来合成的示例。


技术实现要素：

[0004]
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种三相两电平逆变器svpwm调制中抑制共模电压的方法。
[0005]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]
本发明提供一种三相两电平逆变器svpwm调制中抑制共模电压的方法，该方法包括以下步骤：
[0007]
步骤一、通过电流环得到期望的d-q轴系电压分别为：d轴电压udref和q轴电压uqref，通过电机位置或速度传感器获得d轴与α轴的夹角θ；
[0008]
步骤二、根据d轴电压udref、q轴电压uqref、夹角θ计算得到期望参考电压矢量幅值usref以及usref与α轴的夹角
[0009]
步骤三、根据夹角判断usref所在的扇区s，并根据扇区s查表得到需要使用的3个作用顺序固定的单元矢量ux、uy、uz，单元矢量的范围为u1-u6，为非零矢量，作用顺序为ux
→
uy
→
uz
→
uy
→
ux，为采用递减对称五段式方式进行；
[0010]
步骤四、根据伏秒平衡原理，计算得到单元矢量ux、uy、uz的作用时间tx、ty、tz，其中为了抑制死区的影响，将ty《tmin的部分进行消除，使ty＝tmin，tmin为死区时间；
[0011]
步骤五、tx、ty、tz即为svpwm调制需要的三电平调制时间，并最终由硬件实现，采用递减对称五段式方式进行svpwm的输出。
[0012]
进一步地，本发明的步骤一中获得d轴与α轴的夹角θ的方法还包括：通过无位置传感器算法或无速度传感器算法获得。
[0013]
进一步地，本发明的步骤二的具体方法为：
[0014]
期望参考电压矢量幅值usref的计算公式为：
[0015][0016]
其中，udref为d轴电压，uqref为q轴电压；
[0017]
usref与α轴的夹角的计算公式为：
[0018][0019]
其中，夹角θ为d轴与α轴的夹角。
[0020]
进一步地，本发明的步骤三中的具体方法为：
[0021]
如附图3，使用6个非零电压矢量u1-u6对扇区进行重新分配，每个扇区(
ⅰ‑ⅵ
)以非零电压矢量(u1-u6)为中线进行分配，各扇区角度为π/3。
[0022]
进一步地，本发明的步骤三的具体方法为：
[0023]
目标电压矢量uqref由矢量所在扇区非零矢量和相邻两个扇区的非零电压矢量来合成，作用顺序采用递减对称五段式方式，即先顺时针递减，再逆时针增加。如图3中的uqref在第ⅱ扇区，相邻扇区为ⅰ和ⅲ，故合成使用的非零电压矢量为ⅰ、ⅱ、ⅲ扇区的u1、u2、u3，作用顺序先顺时针递减为u3-u2-u1，再逆时针增加u1-u2-u3，完整作用顺序即为u3-u2-u1-u2-u3其它扇区类似，并总结得到附图4。
[0024]
进一步地，本发明的步骤四的具体方法为：
[0025]
根据伏秒平衡原理，计算得到ux、uy、uz的作用时间tx、ty、tz；其计算公式为：
[0026]
usreft＝uxtx uyty uztz
[0027]
t＝tx ty tz
[0028]
其中，为了抑制死区的影响，将ty《tmin的部分进行消除，使ty＝tmin，其中tmin为软件预设的死区时间，t为开关周期。
[0029]
本发明产生的有益效果是：本发明的三相两电平逆变器svpwm调制中抑制共模电压的方法，由于采用了共模电压抑制策略，通过软件控制的方式，创新性的使用3个非零电压矢量、无零电压矢量方式进行参考电压矢量的合成，而非传统的2个非零电压矢量结合1-2个零电压矢量方式，并在考虑死区效应后将该3个电压矢量按照固定的顺序进行作用，可以将逆变器的共模电压由
±
udc/2减小到
±
udc/6，明显降低三相电流的高次谐波，进而避免损害电机的轴承。本发明既消除了svpwm调制中出现的
±
1/2udc共模电压，也不用改变现有硬件结构，且算法比较简单计算量小，易于编程实现。
附图说明
[0030]
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0031]
图1是本发明实施例的电压矢量轴系图；
[0032]
图2是本发明实施例的传统svpwm调制扇区划分；
[0033]
图3是本方案svpwm调制扇区划分对比；
[0034]
图4是本发明实施例的方案svpwm调制电压矢量作用表；
[0035]
图5是本发明实施例的本发明的方法流程图。
具体实施方式
[0036]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0037]
如图1-4所示，本发明三相两电平逆变器svpwm调制中抑制共模电压的方法及装置包括如下步骤：
[0038]
步骤一、通过电流环得到期望的d-q轴系电压udref和uqref，通过电机位置或速度传感器获得d轴与α轴的夹角θ(通过无位置传感器算法或无速度传感器速度也可以实现该角度的获得)；
[0039]
步骤二、根据udref、uqref、θ计算得到期望参考电压矢量幅值usref、usref与α轴的夹角计算方式如下：
[0040][0041][0042]
步骤三、根据夹角判断usref所在的扇区s，并根据扇区s查表(如图3)得到需要使用的3个作用顺序固定的单元矢量ux、uy、uz(范围为u1-u6，无零矢量)，传统两电平svpwm调制中需要使用的单元矢量有u0-u7，其中u0、u7为零矢量，u1-u6为间隔60
°
的非零矢量(如附图2)，此处使用非零矢量u1-u6，不再使用零矢量，他们的作用顺序为ux
→
uy
→
uz
→
uy
→
ux；
[0043]
步骤四、根据伏秒平衡原理，计算得到ux、uy、uz的作用时间tx、ty、tz，其中为了抑制死区的影响，需要将ty《tmin的部分进行消除，使ty＝tmin，其中tmin为软件预设的死区时间。具体计算方式如下，其中t为开关周期：
[0044]
usreft＝uxtx uyty uztz
[0045]
t＝tx ty tz
[0046]
步骤五、tx、ty、tz即为svpwm调制需要的三电平调制时间，采用递减对称五段式方式进行svpwm的输出。
[0047]
由于采用了上述的共模电压抑制策略，本发明通过软件方式，创新性的使用3个非零电压矢量、无零电压矢量方式进行参考电压矢量的合成，而非传统的2个非零电压矢量结合1-2个零电压矢量方式，并在考虑死区效应后将该3个电压矢量按照固定的顺序进行作用，可以将逆变器的共模电压由
±
udc/2减小到
±
udc/6，明显降低三相电流的高次谐波，进而避免损害电机的轴承。
[0048]
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。