[發明專利]采用七段式空間矢量運算法提高變頻器頻率的方法

無效

• 申請號: 200810018898.X
• 申請日: 2008-01-29
• 公開（公告）號: CN101237216A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 包宇明;李學浩
• 申請（專利權）人: 無錫市中遠工業自動化有限公司
• 主分類號: H02P27/04
• 分類號: H02P27/04;H02P21/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明涉及變頻器頻率的控制方法，具體地說是一種采用七段式空間矢量運算法提高變頻器頻率的方法。

背景技術

空間矢量脈寬調制(SVPWM)技術實際上是對應于交流感應電動機的三相電壓逆變器的功率器件的一種特殊的開關觸發順序和脈寬大小的組合，這種開關觸發順序和組合將在電機定子三相繞組線圈中產生三相互差120度電角度波形失真較小的正弦波電流。實踐證明，與直接的正弦脈寬調制(SPWM)技術相比，SVPWM在輸出電壓或電機繞組線圈中的電流中會產生更少的諧波，提高了對電壓源逆變器直流供電電源的利用率。因而，SVPWM技術在目前的變頻器上得到了廣泛的應用。

SVPWM技術是通過與基本的空間矢量對應的開關狀態的組合，來獲得定子的參考電壓矢量，大多數的變頻器采用的是5段式空間矢量運算法，其算法由于將零矢量集中插入，因此在低頻時明顯會出現輸出不平穩的現象，現在常用的變頻器存在如下缺點：1、輸出信號的脈動轉距較大，因而振動大、噪音高；2、運算算法效率低下，很難進一步提高輸出頻率。

發明內容

本發明的目的在于尋求一種采用七段式空間矢量運算法提高變頻器頻率的方法。以提高驅動電動機轉速，同時使變頻器的輸出轉矩更大、振動更小、噪音更低。

按照本發明提供的技術方按，所述七段式空間失量運算法提高變頻器頻率的方法包括：

步驟一、確定旋轉電磁場空間電壓矢量的扇區號：在每個PWM周期內，根據電機電磁場的旋轉角θ，利用公式：S＝Int(θ/60)求得空間矢量所在扇區的扇區號S；其中，0℃＜θ＜360℃，0≤S≤5；

步驟二、求得扇區號S后，再確定與該扇區相鄰的兩個基本矢量，并通過改變相鄰的兩個基本矢量的作用時間，來保證所合成的電壓空間矢量幅值相等，為了要獲得每個矢量的作用時間，必須進行快速的三角函數運算和一系列變換運算；

步驟三、添加零電壓矢量：為了使旋轉電磁場的磁鏈的旋轉速度平滑，將零電壓矢量平均分成三次插入對應的扇區，其具體插入順序是：

1)每個扇區的開始插入一個零電壓矢量000，作用時間t0/4；

2)插入第一個非零電壓矢量，作用時間t1/2；

3)插入第二個非零電壓矢量，作用時間t2/2；

4)插入零電壓矢量111，作用時間t0/2；

5)插入第二個非零電壓矢量，作用時間t2/2；

6)插入第一個非零電壓矢量，作用時間t1/2；

7)插入零電壓矢量000，作用時間t0/4。

采用該運算方法后，由于將零矢量分三段分別插入，由3段零矢量和4段相鄰的2個非零矢量組成，3段零矢量分別位于PWM(脈寬調制)波的開始、中間和結尾，如此使得每相每個PWM波輸出只使功率器件開關一次，使得輸出信號的脈動轉距減小。

特別在軟件技術上，采用了“七段式空間矢量的運算方法”，使交流電機產生圓形磁場，減少電機產生的脈動轉矩，使機器振動更小，再加上“采用了對稱的SVPWM的新技術”，使輸出信號的諧波更少，波形質量清晰度更好，電源電壓更穩定。另外，采用特殊的運算方法，進一步提高了運算效率，使載波頻率最高可達25KHz，輸出頻率最高可達4500Hz，成為國內首創。本發明有效提高了普通變頻器的特性，填補了我國高頻變頻器的空白。廣泛應用于高速切削機床、高速氣流紡織機、航空航天等領域，深受客戶的青睞。

上述每段的作用時間是根據電機運行時的磁場參數而確定的，其中，t0是零電壓矢量的總作用時間，t1是第一個非零電壓矢量總作用時間，t2是第二個非零電壓矢量總作用時間。所有零電壓矢量的總累計時間是不變，這就是七段式空間矢量運算的基本定義。

分三次插入零電壓矢量，就是為了要在每個階段，僅使輸出開關管開關一次，從而減少驅動管的功耗和加快程序執行速度。

本發明的優點是：1、提高了變頻器的性能，簡化了機器的操作，尤其在提高變頻器頻率上有獨特效果。2、變頻器具有輸出轉矩更大、振動更小、噪音更低、功能更全等特點，特別在軟件實現技術上，效率更高。3、使交流電機產生圓形磁場，減少電機產生的脈動轉矩，使機器振動更小，輸出信號的諧波更少，波形質量清晰更好，電源電壓更穩定。

附圖說明

圖1是系統主程序框圖。

圖2是周期中斷程序框圖。

圖3是第1扇區位置PWM實例及其占空比。

具體實施方式

系統主程序中：

1、上電復位：當3.3V電源電壓升到3V時，復位電路將產生一個150ms的復位信號，使DSP(數字信號處理器)芯片復位，然后，DSP開始工作。