[發(fā)明專利]一種電壓空間矢量脈寬調制方法

有效

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• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102361407A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發(fā)明（設計）人: 楊西全;廖亮;陳京
• 申請（專利權）人: 四川科陸新能電氣有限公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 徐宏;吳彥峰

技術領域

本發(fā)明涉及一種脈沖寬度調制(PWM，PulseWidthModulation)方法，尤其是涉及一種通用的、便于計算機實現針對電壓空間矢量脈沖寬度調制的方法。

背景技術

隨著計算機控制技術和半導體電子技術的發(fā)展，基于微處理器和可控開關器件的電力電子技術在人類的生產和生活中得到了廣泛的應用。特別地在工業(yè)領域中，傳統的相控整流器正逐步讓位于低諧波、高功率因數的PWM整流器，而數字化的高性能交流驅動系統已經完全取代直流傳動系統成為當今軌道交通和冶金行業(yè)的主流。

脈寬調制技術是現代交流驅動和PWM整流器的基礎和關鍵技術之一，在種類繁多的脈寬調制技術中，SVPWM技術(SpaceVectorPulseWidthModulation)是把三相逆變器的入端電壓在復平面上合成為空間電壓矢量，并通過不同開關狀態(tài)構成的八個空間矢量去逼近電壓源，以形成SVPWM波。SVPWM技術由于具有電壓利用率高、易于計算機實現等眾多優(yōu)點，成為了脈寬調制方案的首選。

如圖1所示的電壓型三相兩電平逆變器，三個開關一共有8種不同的狀態(tài)，此逆變器的輸出電壓由這8種不同的開關狀態(tài)來合成，三相坐標系經Clarke變換為復平面α—β坐標系：???????????????????????????????????????????????，其中，開關狀態(tài)，j=(0，1…7)，其定義了8個電壓矢量，j=(0，1…7)，所述8個電壓矢量和8個開關狀態(tài)對應，其中(j=1…6)稱為有效電壓矢量，模為；和分別對應，，模長為0，稱為零電壓矢量，8種開關狀態(tài)如圖2所示，電壓矢量空間被6個有效電壓矢量分為6個扇區(qū)。

根據伏秒原則，落入任何一個扇區(qū)的電壓矢量都可由兩個相鄰的有效電壓矢量合成得到，即：

(1)

以扇區(qū)I為例，令輸出電壓的幅值與的比值為M，即，其中為入端電壓。

根據上述公式，基本電壓矢量的作用時間分別為

（2）

在線性調制區(qū)域中有，如圖3所示，指令電壓矢量V_ref的軌跡位于正六邊形內切圓內部,該軌跡在任何位置均可通過8個基本矢量的調制實現，稱為線性調制區(qū)。此調制區(qū)域的特點是輸出電壓在角度和幅值上均可保持連續(xù)性，但如果，指令電壓矢量V_ref的軌跡超出了正六邊形，需要進行處理后將矢量調制放在正六邊形內部。如圖4所示，過調制I區(qū)指令電壓矢量V_ref的特點是：部分軌跡在正六邊形內部，部分軌跡在正六邊形外部。正六邊形內區(qū)域是輸出矢量線性調制可實現的區(qū)域，軌跡中超出正六邊形的部分無法通過線性調制實現。當參考電壓矢量V_ref的軌跡為正六邊形外接圓時，達到過調制Ⅰ區(qū)的極限。圖中的u₁為經算法校正后輸出電壓的基波幅值。值得指出的是:在過調制Ⅰ區(qū)，指令電壓矢量V_ref的幅值大于u₁，稍后將給出具體的表達式。

如圖5所示，在過調制Ⅱ區(qū)，指令電壓矢量V_ref的軌跡在任何位置均超出正六邊形。正六邊形內區(qū)域是輸出矢量線性調制可實現的區(qū)域，指令電壓矢量軌跡無法通過線性調制實現。圖5中的u₁為經算法校正后輸出電壓的基波幅值，在過調制Ⅱ區(qū)，指令電壓矢量V_ref的幅值大于u₁。需要注意的是:過調制Ⅱ區(qū)的指令電壓雖然超出了正六邊形外接圓，其實際輸出的基波仍然在正六邊形的外接圓內。

如圖6所示，采取如下的調制策略實現過調制Ⅰ區(qū)的調制:僅截取第1象限示意，圖6中V_ref為原指令電壓矢量的軌跡。粗實線為修正過的、可實際實現的指令電壓軌跡:曲線AB、線段BC、曲線CD、線段DE。這種調制方法的實質是將原指令電壓軌跡超出正六邊形的部分校正到正六邊形的邊長上，減小了輸出電壓的幅值。曲線AB，CD段按照式(2)確定基本電壓矢量的作用時間，線段BC，DE則按照下式確定基本電壓矢量的作用時間:

(3)

　在線段BC，DE上，零矢量的作用時間為0。這種調制方式的優(yōu)點是能夠保證輸出電壓在角度上的連續(xù)性，由于線段部分較原軌跡在幅值上有損失，輸出電壓的基波幅值有所減小，因此電壓基波幅值小于V_ref的幅值。根據數學關系得到輸出電壓實際基波的調制比為:

（4）

指令電壓的參考圓V_ref對應的調制比為：

（5）