一种五相电压源逆变桥空间电压矢量脉宽调制算法
【专利摘要】本发明公开了一种能够同时控制基波和三次谐波输出的五相电压源逆变桥空间电压矢量脉宽调制算法。当基波参考电压矢量落在基波空间某一扇区时，只选取围成该扇区的两个大空间电压矢量和两个中空间电压矢量来合成基波参考电压矢量；基波空间被选中的大、中空间电压矢量在三次谐波空间却为小、中空间电压矢量，在三次谐波空间利用该小、中空间电压矢量来合成三次谐波参考电压矢量。依据平行四边形定则得到基波空间两个中空间电压矢量、两个大空间电压矢量以及适当插入的零电压矢量的作用时间。间接地使得五相永磁同步电动机定子电流基波和三次谐波电流按控制要求与转子上的基波和三次谐波永磁磁场分别作用，既提高电动机出力，又能降低定子电流峰值。
【专利说明】一种五相电压源逆变桥空间电压矢量脉宽调制算法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种五相电压源逆变桥空间电压矢量脉宽调制控制技术。特别是涉及一种能够同时控制基波和三次谐波输出的五相电压源逆变桥空间电压矢量脉宽调制算法。
【背景技术】
[0002]五相电压源逆变桥仅是比三相电压源逆变桥的三个桥臂多出二个桥臂而拥有五个桥臂。五相电压源逆变桥可以按不同的控制策略为五相永磁同步电动机控制系统供电。由于某些五相永磁同步电动机永磁转子磁场含有较高的三次谐波永磁磁场，如果五相永磁同步电动机五相定子绕组流入的电流中除基波电流外还适当地注入适量的三次谐波电流，三次谐波电流三次谐波永磁磁场相互作用提高电动机的出力的同时，又由于基波电流与三次谐波电流叠加后的定子电流波形类似于平顶波而使得定子电流峰值变小，降低逆变桥中功率开关管的最大电流，便于选择额定电流小一些的功率开关管。此时，就要求五相电压源逆变桥能够同时控制其输出基波和三次谐波的空间电压矢量，使得五相永磁同步电动机的基波电流和三次谐波电流按控制策略都得到有效控制。目前，五相电压源逆变桥输出空间电压矢量脉宽调制算法主要有最近两矢量空间电压矢量脉宽调制算法和最近四矢量空间电压矢量脉宽调制算法。
[0003]最近两矢量空间电压矢量脉宽调制算法是将三相空间电压矢量脉宽调制算法简单地迁移至五相系统，当参考电压矢量落在基波空间某一扇区时，只选取围成该扇区的两个“大空间电压矢量”来合成基波参考电压矢量。该方法只考虑所要得到基波参考电压的合成效果，而根本就不考虑所使用的空间电压矢量在三次谐波空间的合成结果。按此算法所得围成该扇区的两个“大空间电压矢量”作用时间控制五相电压源逆变桥时，空间电压矢量在三次谐波空间中合成的电压矢量是不受控制的，其大小和空间位置都无法确定。
[0004]最近四矢量空间电压 矢量脉宽调制算法已经考虑到了五相系统有更多的可用空间电压矢量，并且结合五相系统的特点得出的算法，较最近两矢量SVPWM算法有很大的进步，但是，令三次谐波输出为零。其控制算法是，在基波空间中，当参考电压落在某一扇区时，选取围成该扇区的两个大空间矢量和两个中空间矢量来合成参考电压矢量；同时，在三次谐波空间中，令选取四个空间电压矢量的合成矢量为零。这样在控制五相永磁同步电动机时，无法有效地利用电动机转子三次谐波永磁磁场而多出力。
【发明内容】
[0005]本发明为解决上述技术的不足，提供一种能够同时控制五相电压源逆变桥输出基波和三次谐波的空间电压矢量脉宽调制算法。
[0006]本发明一种能够同时控制五相电压源逆变桥输出基波和三次谐波的空间电压矢量脉宽调制算法是，当基波参考电压矢量￡4落在基波空间某一扇区时，在基波空间选取围成该扇区的两个大空间电压矢量Pi和!/L1以及两个中空间电压矢量和《4?来合成基波参考电压矢量C4.;将基波空间被选中的两个大空间电压矢量Pi和C^1,以及两个中空间电压矢量14和KU在三次谐波空间一一对应地转变为两个小空间电压矢量K和C/L以及两个中空间电压矢量^和的|,;在三次谐波空间利用被选中的两个小空间电压矢量U3s和￡41以及两个中空间电压矢量Ult和来合成三次谐波参考电压矢量；在基波空间，大空间电压矢量和中空间电压矢量的矢量方向一致，大空间电压矢量i/i_M和中空间电压矢量￡4?的矢量方向一致，其中，大空间电压矢量超前大空间电压矢量G的空间电角度为n/5，基波参考电压矢量C^f超前大空间电压矢量^的空间电角度为S，基波参考电压矢量￡4超前大空间电压矢量^?的空间电角度为ε，δ + ε=π/5;在三次谐波波空间，中空间电压矢量和小空间电压矢量￡/|的矢量方向相反，中空间电压矢量?4Η和小空间电压矢量?/^的矢量方向相反，中空间电压矢量t；i+1超前中空间电压矢量1?的空间电角度为3 π/5，小空间电压矢量C/Ι"超前小空间电压矢量CZs3的空间电角度为
3π/5，三次谐波参考电压矢量超前小空间电压矢量的空间电角度为λ，中空间电压
矢量CZsIi超前三次谐波参考电压矢量的空间电角度为μ，λ+μ=3π/5。
[0007]在五相电压源逆变桥直流母线电压为Ud。、开关控制周期为Ts的情况下，当基波参考电压矢量‘落在某一扇区时，为了生成基波参考电压矢量和三次谐波参考电压矢
量围成该扇区的:中空间电压矢量风和中空间电压矢量14?作用的时间分别为h和
t2、大空间电压矢量CZi和大空间电压矢量吋,,作用的时间分别为t3和t4、插入的零电压矢量Utl和零电压矢量U31共同作用的时间h，分别按照以下各式计算:
【权利要求】
1.一种五相电压源逆变桥空间电压矢量脉宽调制算法，其特征在于: 当基波参考电压矢量i/if落在基波空间某一扇区时，在基波空间选取围成该扇区的两个大空间电压矢量￡/!和￡/[,,以及两个中空间电压矢量C4和14,i来合成基波参考电压矢量☆ 将基波空间被选中的两个大空间电压矢量(和以及两个中空间电压矢量和c/im在三次谐波空间一一对应地转变为两个小空间电压矢量Ul和(4 ,以及两个中空间电压矢量《4和 在三次谐波空间利用被选中的两个小空间电压矢量Ps3和以及两个中空间电压矢量^和!:来合成三次谐波参考电压矢量:U；e{ I 在基波空间，大空间电压矢量i/丨和中空间电压矢量￡^的矢量方向一致，大空间电压矢量和中空间电压矢量t/L的矢量方向一致，其中，大空间电压矢量￡/丨,i超前大空间电压矢量￡^的空间电角度为η/5，基波参考电压矢量超前大空间电压矢量1?的空间电角度为S，基波参考电压矢量超前大空间电压矢量《4,的空间电角度为ε，δ + ε = Ji /5 ； 在三次谐波波空间，中空间电压矢量和小空间电压矢量?/|的矢量方向相反，中空间电压矢量和小空间电压矢量C1的矢量方向相反，中空间电压矢量超前中空间电压矢量的空间电角度为3 π /5，小空间电压矢量《4,超前小空间电压矢量的空间电角度为3π/5，三次谐波参考电压矢量Pi超前小空间电压矢量CZs3的空间电角度为λ，中空间电压矢量超前三次谐波参考电压矢量[匕的空间电角度为μ，λ + μ=3π/5;在五相电压源逆变桥直流母线电压为Ud。、开关控制周期为Ts的情况下，当基波参考电压矢量:C/^落在某一扇区时，为了生成基波参考电压矢量￡4f和三次谐波参考电压矢量 围成该扇区的: 中空间电压矢量￡4和中空间电压矢量?4.,.作用的时间分别为和t2、 大空间电压矢量i/i和大空间电压矢量作用的时间分别为t3和t4、 插入的零电压矢量U0和零电压矢量U31共同作用的时间h， 分别按照以下各式计算: i^^(lΛ^56\U^smε^l3m2\u^smβ)
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【文档编号】H02P21/00GK103715973SQ201410008139
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】陈益广, 李俊男 申请人:天津大学