[發明專利]全對稱同步式弦波脈沖寬度調變方法及其應用的馬達驅動系統

有效

• 申請號: 201410298936.7
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104135210A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 周楚軒
• 申請（專利權）人: 正頻企業股份有限公司
• 主分類號: H02P27/08
• 分類號: H02P27/08
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 葉樹明

【技術領域】

本發明有關于一種全對稱同步式弦波脈沖寬度調變方法，尤指一種用以控制馬達運轉之全對稱同步式弦波脈沖寬度調變方法。

【背景技術】

機密機械為目前工業發展的重點項目，而馬達的電主軸是精密機械的核心技術之一。目前馬達的電主軸發展趨勢，以開環之電主軸而言，其必須朝向高轉速、低震動、低溫升避免熱變形影響加工精度；而帶有編碼器的閉環之電主軸而言，則必須兼具高轉速、高剛性、高精度等特性。在此，如何提高馬達的電主軸性能一直是被廣泛討論的課題。

馬達運轉的控制一般通過變頻器來實行。變頻器可以藉由輸出能量至馬達的電主軸，以驅使馬達進行運轉并控制馬達達到所要的轉速。然而，變頻器在輸出能量給馬達的電主軸時，其并非僅有電壓或電流能量的正弦波而已，還包含有大量的諧波成分，那些諧波將對于馬達的電主軸運作上造成一定的影響。

分析變頻器輸出波形所包含的各種諧波成分，在頻率高時往往會受到低次頻環流的影響。以圖1為例，分析SVMPWM變頻器的輸出波形，mf＝fc/fo＝8，fc＝8kHz，fo＝999.7kHz，除了產生主頻能量fo外，低頻的低次諧波fsub＝2.4Hz同樣地也會產生。此極低頻率(接近于直流)的低次諧波fsub具有不可忽視的電壓值。越低頻的低次諧波對于電機的影響越嚴重，因為電感量等于零，電流幾乎等于直流成分除以極低的線圈電阻，以致造成電機環流過大，線圈過熱，進而損壞貴重的電主軸。

有鑒于此，本發明將提供一種創新的脈沖寬度調變方法，其方法將輸出一未包含有低次諧波的能量訊號至馬達，如此將可以避免低次諧波造成高速運轉中的馬達電主軸產生損壞，將會是本發明欲達到的目的。

【發明內容】

本發明提出一種全對稱同步式弦波脈沖寬度調變方法，其方法重新制定出實際的載波頻率，并依照實際的載波頻率重新調整出實際的頻率命令，以使實際的載波頻率始終保持為實際的頻率命令之六的整數倍，再者，實際的頻率命令將會進一步執行一脈沖寬度調變程序，以脈寬調變出具有同步性、對稱性特點的三相脈沖寬度調變訊號，之后，利用具有同步性、對稱性特點的三相脈沖寬度調變訊號調整馬達的三相電源，以經由調整后的三相電源控制馬達的運轉。

本發明提出一種全對稱同步式弦波脈沖寬度調變方法，其根據實際的頻率命令所輸出的主弦波訊號之波形將呈現出左右對稱性及基點對稱性之特點，同樣地，載波訊號也會維持有左右對稱性與基點對稱性的準則，并且主弦波訊號的基點必定會與其中一載波訊號的基點同步重合，之后，調變器根據于載波訊號與主弦波訊號間的大小關系以反應出具有同步性及對稱性特點之脈沖寬度調變波形訊號。

本發明提出一種全對稱同步式弦波脈沖寬度調變方法，其方法可以產生具有同步性及對稱性特點之脈沖寬度調變波形訊號，之后，變頻器被具有同步性及對稱性特點之脈沖寬度調變波形訊號操控時其輸出的電源訊號中所隱含的低次諧波將可以有效地消除，則，變頻器在驅使馬達時，馬達的電主軸將可以避免產生低頻環流，致使確保馬達運轉上的安全性。

為達成上述目的，本發明提供一種全對稱同步式弦波脈沖寬度調變(Symmetrically?Synchronized?Sine?Pulse?Width?Modulation，SSSPWM)方法，其方法用以控制馬達運轉，其特徵在于，步驟包括：輸入一預定的頻率命令及制定一振蕩頻率；設定一整數值；令整數值乘上六倍的預定的頻率命令以取得一預定的載波頻率；取振蕩頻率除上預定的載波頻率后之整數以得到一載波周期；令振蕩頻率除上載波周期以取得一實際的載波頻率；令實際的載波頻率除上六倍數的整數值以取得一實際的頻率命令；根據實際的頻率命令執行一脈寬調變程序以脈寬調變出實際的三相脈沖寬度調變訊號；及利用實際的三相脈沖寬度調變訊號調整馬達的三相電源以經由調整后的三相電源驅使馬達進行運轉。

本發明一實施例中，設定整數值的公式為：N＝int(Fmax-carrier/(6×Fcmd))，其中，N為整數值，int為取整函數，Fmax-carrier為最高限制之載波頻率，而Fcmd為預定的頻率命令。

本發明一實施例中，整數值設定為一固定的數值。

本發明一實施例中，脈寬調變程序之步驟包括有：轉換預定的頻率命令為一輸出電壓；積分實際的頻率命令以計算出一相位角度；令輸出電壓以相位角度為基準換算出三相電壓訊號；及令三相電壓訊號根據載波周期以脈寬調變出實際的三相脈沖寬度調變訊號。