[發明專利]一種五相電機空間矢量計算方法

有效

• 申請號: 201910778889.9
• 申請日: 2019-08-22
• 公開（公告）號: CN110504898B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 劉小虎;袁志方;孫兆龍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: H02P27/12
• 分類號: H02P27/12;H02P21/05
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發明公開了一種五相電機空間矢量計算方法，包括以下步驟：構建五相電機的基本電壓空間矢量圖；依據矢量的幅值，將基本電壓空間矢量分為4種矢量，分別是大矢量U_H、中矢量U_M、小矢量U_L和零矢量U₀；根據基本電壓空間矢量圖劃分扇區，分析五相電壓與扇區之間的對應關系；引入控制時間比例系數k，求解各個空間矢量的作用時間；以開關損耗最小為原則，給出輸出電壓矢量的作用順序，控制電壓空間矢量按照預定的軌跡運行。本發明從五相電壓矢量合成的角度，引入控制時間比例系數的概念，給出了各矢量作用時間的計算方法，確定了各矢量的作用時間，并以開關損耗最小為原則，給出了輸出電壓矢量的作用順序。

技術領域

本發明屬于電機技術領域，涉及到五相電機，具體涉及一種五相電機空間矢量計算方法。

背景技術

與傳統三相傳動系統相比，五相傳動系統有許多優點：相數的冗余使系統可靠性大大提高；相數的增加使電機的輸出轉矩脈動幅值大大減小；在電壓受到限制的應用中，五相電機能實現低壓大功率。五相電機一般由五相逆變器供電，而逆變器采用的PWM算法直接關系五相電機拖動系統的性能。

現有技術中，不少學者提出了不少算法，但都存在一定的問題和缺陷。有的學者采用正弦脈寬調制(SPWM)算法，該算法直接移植三相SPWM算法，由1個載波信號與5個基波信號比較，5個基波的相位差為72度，比較器輸出驅動5 相逆變橋；該算法實現方便，但是缺點也較為明顯，那就是直流電壓利用率偏低，同時輸出波形還受載波比N的影響。還有的學者采用電流滯環脈寬(CHBPWM)調制方式，該算法直接用5相電流的實際值與參考值進行滯環比較，但是滯環寬度的選擇存在較大困難，滯環寬度過大，輸出電流諧波太大；而滯環寬度過小，則導致開關頻率過大，影響逆變器的安全。還有學者提出了五相電機空間矢量算法，該算法具有直流電壓利用率高、線電壓輸出諧波小的優勢，但是五相空間矢量算法非常復雜，在矢量合成時存在大量冗余電壓，求解各矢量作用時間存在困難。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題和缺陷，本發明提供了一種五相電機空間矢量計算方法，從五相電壓矢量合成的角度，引入控制時間比例系數的概念，給出了各矢量作用時間的計算方法，確定了各矢量的作用時間，并以開關損耗最小為原則，給出了輸出電壓矢量的作用順序。

為此，本發明采用了以下技術方案：

一種五相電機空間矢量計算方法，從五相電壓矢量合成的角度出發，求解各矢量的作用時間，控制電壓空間矢量按照預定的軌跡運行，包括以下步驟：

步驟一，構建五相電機的基本電壓空間矢量圖；

步驟二，依據矢量的幅值，將基本電壓空間矢量分為4種矢量，分別是大矢量U_H、中矢量U_M、小矢量U_L和零矢量U₀；

步驟三，根據基本電壓空間矢量圖劃分扇區，分析五相電壓值，發現五相電壓與扇區之間的對應關系；

步驟四，引入控制時間比例系數k，求解各個空間矢量的作用時間；

步驟五，以開關損耗最小為原則，給出輸出電壓矢量的作用順序，控制電壓空間矢量按照預定的軌跡運行。

優選地，步驟一中，五相電機采用典型的五相電壓型PWM逆變器進行控制，所述五相電壓型PWM逆變器包括5個上橋臂和5個下橋臂，當上橋臂處于開的狀態時，下橋臂處于關斷狀態，只用上橋臂的開關狀態表示整個逆變電路的工作狀態，共有32種狀態，對應32個空間矢量，由這32個空間矢量構成五相電機的基本電壓空間矢量圖。