[發明專利]消除PWM過調制區低次諧波對閉環控制影響的方法

有效

• 申請號: 202110715521.5
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113381660B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 王榕生;吳必瑞;黃麗霞;梁國祥;黃李健
• 申請（專利權）人: 寧德師范學院
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/18;H02P27/12;H02P25/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

本發明涉及一種消除PWM過調制區低次諧波對閉環控制影響的方法。該方法采用數字低通濾波技術消除所有低次諧波對控制的影響，通過濾波控制軟件克服濾波技術帶來的動態響應速度減緩的問題，該濾波控制軟件基本邏輯功能為當負載變化或轉速指令值改變時，關閉濾波環節，讓控制系統瞬間作出響應，使矢量控制的交軸電流isubgt;T/subgt;或電磁轉矩Tsubgt;em/subgt;產生躍變；當瞬態過程結束，再開啟濾波環節。本發明方法能夠解決濾波與動態響應之間的矛盾，有效克服PWM過調制區低次諧波對閉環調速矢量控制的影響，使現有PWM控制由線性區擴展至過調制區，提升PWM最大輸出基波電壓10%，電機恒轉矩調速范圍也因此擴大相應數值。

技術領域

本發明涉及PWM過調制技術，矢量控制，具體涉及一種消除PWM過調制區低次諧波對閉環控制影響的方法。

背景技術

PWM(pulse?width?modulation，PWM)過調制(overmodulation)技術對于提升最大輸出基波電壓幅值，擴大電機恒轉矩調速范圍具有顯著意義。目前SVPWM(space?vectorpulse?width?modulation，SVPWM)過調制算法的研究較普遍^[1-21]，但其算法構成復雜，應用較難。采用分裂式可變調制波的PWM過調制技術^[22-23]的突出優點是PWM過調制算法簡單，且與現有SPWM(sinusoidal?pulse?width?modulation，SPWM)技術形成無縫銜接的拓展關系，構成覆蓋M∈[0,4/π]全電壓范圍的CBPWM(carrier-base?PWM，CBPWM)算法，并且具有全電壓范圍的THD(total?harmonic?distortion，THD)值低，諧波影響小的優點。然而，與線性區的PWM不同，過調制區PWM波出現5、7、11、13等低次諧波，且數值較大，致使輸出電壓嚴重畸變，導致電機產生轉矩脈動。雖然處于高速運行條件下的轉矩脈動引起轉速脈動幅值較小，但是在閉環調速矢量控制系統中，電機電流所含低次諧波分量的返饋量將影響閉環PI(proportion?integration，PI)控制，使其不能正常行使運算功能，甚至導致輸出電壓振蕩。這一問題妨礙了PWM過調制技術在閉環控制中的應用。目前采用多電平逆變器供電的辦法^[1][2]，抑制低次諧波，或采用移相30°雙三相繞組電機及六相電壓源逆變器供電的辦法消除5、7次諧波^[3]，但不能消除11、13次諧波。所有這些方法需使用數量增倍的功率半導體開關器件，并且PWM算法及控制較為復雜。

圖1為采用三電平逆變器供電的三相繞組交流電機系統，相較于通用的二電平逆變器，其輸出電壓的電平數明顯增多，因此在同等開關頻率條件下，可使輸出電壓波形質量有較大改善，諧波含量明顯減少，有利于抑制PWM過調制區的低次諧波影響。然而，所使用的功率半導體開關器件數要比二電平逆變器增加一倍。并且在負載情況下，逆變器中點O有電流流過，容易造成中點O電位的變化，偏離在對稱情況下的零電位，從而影響輸出波形的正弦度，由此又附加產生了其它諧波。這是三電平逆變器的固有問題。

圖2為采用移相30°雙三相繞組電機及六相電壓源逆變器供電的辦法消除6n±1(n＝1，3，5，…)各次諧波。電機具有兩套三相繞組，分別為A、B、C與D、E、F三相繞組，它們在空間上相距30°電角度，并且分別施加于兩套繞組的三相電源在時間上也相差30°電角度，使得各繞組磁場所含6n±1(n＝1，3，5，…)各次諧波完全抵消。但仍有12n±1(n＝1，3，5，…)各次諧波存在，無任何削弱。其中11、13次電壓諧波較大，施加于繞組所產生的電流含有同次諧波，其返饋量將影響閉環PI(proportion?integration，PI)控制，仍將導致輸出電壓振蕩。由于逆變電源為六相，所需開關器件數較三相逆變電源增加一倍，由此又帶來成本提升，并增加了控制復雜性。