一种优化零矢量的SVPWM调制方法及装置与流程

本发明涉及逆变器调制控制技术，尤其涉及一种优化零矢量的空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)调制方法及装置。

背景技术：

SVPWM是交流电机的一种控制方法，常用的SVPWM方法主要包括七段式SVPWM。

图1为现有技术三相逆变器为交流电机供电的原理图，其中Ud表示直流电压。如图1所示，三相逆变器具有三组桥臂A、B、C，每组桥臂由两个开关管串联组成。为简化起见，将开关管以开关符号表示。为使电机对称工作，必须三相同时供电，即在任一时刻每组桥臂有且仅有一个开关管导通。在每组桥臂中，上桥臂的开关管导通、同时下桥臂的开关管关断，该状态用“1”表示；上桥臂的开关管关断、同时下桥臂的开关管导通，该状态用“0”表示。那么三相逆变器一共有100、110、010、011、001、101、000、111八种开关状态；其中，前六种开关状态可使三相逆变器正常工作，分别对应于6个基本电压空间矢量后两种开关状态是无用的，分别对应于零矢量和

图2为现有技术的空间矢量图，其中α表示α-β平面直角坐标系的α轴，β表示α-β平面直角坐标系的β轴；如图2所示，6种基本电压空间矢量划分出6个扇区，分别为扇区I-扇区VI。现有的七段式SVPWM中每个扇区被定义为7段式调制扇区，对应7个控制时间段，起始的一个时间段和结束的一个时间段的开关状态为000(对应零矢量)，中间的一个时间段的开关状态为111(对应零矢量)，其余时间段的开关状态为该扇区的基本电压空间矢量对应的开关状态。例如，在扇区I中开关管的开关顺序依次为000、100、110、111、110、100、000，产生的矢量依次为

但是，现有技术中存在开关管的开关操作频率较高，开关损耗较大的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种优化零矢量的SVPWM调制方法及装置，用以解决现有技术中开关管的开关操作频率较高，开关损耗较大的问题。

本发明提供一种优化零矢量的空间矢量脉宽调制SVPWM调制方法，所述方法用于控制三相逆变器的三组桥臂的开关管的通断，所述方法包括：

获取开关控制信息，所述开关控制信息包括第一扇区的不同控制时段分别对应的开关状态；所述第一扇区为5段式调制扇区；其中，所述第一扇区的中间控制时段的开关状态为零矢量对应的开关状态，其他控制时段的开关状态为所述第一扇区的基本电压空间矢量对应的开关状态，且每次开关状态的切换，仅有一组所述桥臂的开关管的通断状态发生变化；

根据所述开关控制信息，对所述桥臂的开关管的通断进行控制。

在本发明一实施例中，当所述第一扇区为扇区I、扇区III及扇区V时，所述零矢量为当所述第一扇区为扇区II、扇区IV、扇区VI时，所述零矢量为或者，当所述第一扇区为扇区I、扇区III及扇区V时，所述零矢量为当所述第一扇区为扇区II、扇区IV、扇区VI时，所述零矢量为

在本发明一实施例中，所述扇区I的五个控制时段的开关状态依次为100、110、111、110、100，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区II的五个控制时段的开关状态依次为110、010、000、010、110，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区III的五个控制时段的开关状态依次为010、011、111、011、010，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区IV的五个控制时段的开关状态依次为011、001、000、001、011，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区V的五个控制时段的开关状态依次为001、101、111、101、001，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区VI的五个控制时段的开关状态依次为101、100、000、100、 101，五个控制时段的矢量依次为

其中，所述矢量包括所述零矢量和所述基本电压空间矢量；000、001、010、011、100、101、110、111为开关状态；为基本电压空间矢量；为零矢量。

在本发明一实施例中，所述扇区I的五个控制时段的开关状态依次为110、100、000、100、110，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区II的五个控制时段的开关状态依次为010、110、111、110、010，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区III的五个控制时段的开关状态依次为011、010、000、010、011，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区IV的五个控制时段的开关状态依次为001、011、111、011、001，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区V的五个控制时段的开关状态依次为101、001、000、001、101，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区VI的五个控制时段的开关状态依次为100、101、111、101、100，五个控制时段的矢量依次为

其中，所述矢量包括所述零矢量和所述基本电压空间矢量；000、001、010、011、100、101、110、111为开关状态；为基本电压空间矢量；为零矢量。

本发明提供一种优化零矢量的空间矢量脉宽调制SVPWM调制装置，所述装置用于控制三相逆变器的三组桥臂的开关管的通断，所述装置包括：

获取模块，用于获取开关控制信息，所述开关控制信息包括第一扇区的不同控制时段分别对应的开关状态；所述第一扇区为5段式调制扇区；其中，所述第一扇区的中间控制时段的开关状态为零矢量对应的开关状态，其他控制时段的开关状态为所述第一扇区的基本电压空间矢量对应的开关状态，且每次开关状态的切换，仅有一组所述桥臂的开关管的通断状态发生变化；

控制模块，用于根据所述开关控制信息，对所述桥臂的开关管的通断进行控制。

在本发明一实施例中，当所述第一扇区为扇区I、扇区III及扇区V时， 所述零矢量为当所述第一扇区为扇区II、扇区IV、扇区VI时，所述零矢量为或者，当所述第一扇区为扇区I、扇区III及扇区V时，所述零矢量为当所述第一扇区为扇区II、扇区IV、扇区VI时，所述零矢量为

在本发明一实施例中，所述扇区I的五个控制时段的开关状态依次为100、110、111、110、100，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区II的五个控制时段的开关状态依次为110、010、000、010、110，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区III的五个控制时段的开关状态依次为010、011、111、011、010，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区IV的五个控制时段的开关状态依次为011、001、000、001、011，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区V的五个控制时段的开关状态依次为001、101、111、101、001，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区VI的五个控制时段的开关状态依次为101、100、000、100、101，五个控制时段的矢量依次为

其中，所述矢量包括所述零矢量和所述基本电压空间矢量；000、001、010、011、100、101、110、111为开关状态；为基本电压空间矢量；为零矢量。

在本发明一实施例中，所述扇区I的五个控制时段的开关状态依次为110、100、000、100、110，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区II的五个控制时段的开关状态依次为010、110、111、110、010，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区III的五个控制时段的开关状态依次为011、010、000、010、011，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区IV的五个控制时段的开关状态依次为001、011、111、011、001，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区V的五个控制时段的开关状态依次为101、001、000、001、101，五个控制时段的矢量依次为

所述扇区VI的五个控制时段的开关状态依次为100、101、111、101、100，五个控制时段的矢量依次为

其中，所述矢量包括所述零矢量和所述基本电压空间矢量；000、001、010、011、100、101、110、111为开关状态；为基本电压空间矢量；为零矢量。

本发明提供一种优化零矢量的SVPWM调制方法及装置，通过将第一扇区定义为5段式调制扇区，并根据中间控制时段的开关状态为零矢量对应的开关状态，其他控制时段的开关状态为所述第一扇区的基本电压空间矢量对应的开关状态，且每次开关状态的切换仅有一组桥臂的开关管的通断状态发生变化的开关控制信息，对桥臂的开关管的通断进行控制；降低了开关操作的频率和开关损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术三相逆变器为交流电机供电的原理图；

图2为现有技术的空间矢量图；

图3为本发明一种优化零矢量的SVPWM调制方法实施例一的流程图；

图4为本发明A相电压的功率因数角的示意图；

图5为现有技术七段式SVPWM调制方法下A相的SVPWM波形图；

图6为本发明优化零矢量的SVPWM调制方法下A相的SVPWM波形图；

图7为现有技术A相的调制波的仿真波形图；

图8为本发明A相的调制波的仿真波形图；

图9为现有技术七段式SVPWM调制方法下电机的转矩波形；

图10为本发明优化零矢量的SVPWM调制方法下电机的转矩波形；

图11为本发明一种优化零矢量的SVPWM调制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图3为本发明一种优化零矢量的SVPWM调制方法实施例一的流程图；所述方法用于控制三相逆变器的三组桥臂的开关管的通断，如图3所示，本实施例的方法可以包括：

步骤301、获取开关控制信息，所述开关控制信息包括第一扇区的不同控制时段分别对应的开关状态；所述第一扇区为5段式调制扇区；其中，所述第一扇区的中间控制时段的开关状态为零矢量对应的开关状态，其他控制时段的开关状态为所述第一扇区的基本电压空间矢量对应的开关状态，且每次开关状态的切换，仅有一组所述桥臂的开关管的通断状态发生变化；

步骤302、根据所述开关控制信息，对所述桥臂的开关管的通断进行控制。

现有技术中，七段式SVPWM控制方式下，扇区I-所述扇区VI中不同控制时段对应的所述开关状态及矢量如表1所示；

表1

其中，000、001、010、011、100、101、110、111为开关状态；为基本电压空间矢量；为零矢量。

可以看出，7段式SVPWM的扇区为7段式调制扇区，且在任一扇区中每次开关状态的切换仅有一组桥臂的开关管的通断状态发生变化。因此，由表1可以看出，在一扇区中会出现(7-1)*2次开关管的开关操作，在扇区I-扇区VI中总共出现12*6次开关管的开关操作。因此，现有技术中存在开关管的开关操作频率较高，开关损耗较大(其中，开关损耗与开关频率成正比)的问题。

本实施例中，通过将第一扇区定义为5段式调制扇区，并根据中间控制时段的开关状态为零矢量对应的开关状态，其他控制时段的开关状态为所述第一扇区的基本电压空间矢量对应的开关状态，且每次开关状态的切换仅有一组桥臂的开关管的通断状态发生变化的开关控制信息，对桥臂的开关管的通断进行控制；使得在第一扇区中仅出现(5-1)*2次开关管的开关操作，与现有技术中扇区中出现(7-1)*2次开关管的开关操作相比，降低了开关操作的频率和开关损耗。

一种优化零矢量的SVPWM调制方法实施例二

可选的，在本发明一种优化零矢量的SVPWM调制方法实施例一的基础上，当所述第一扇区为扇区I、扇区III及扇区V时，所述零矢量为当所述第一扇区为扇区II、扇区IV、扇区VI时，所述零矢量为或者，当所述第一扇区为扇区I、扇区III及扇区V时，所述零矢量为当所述第一扇区为扇区II、扇区IV、扇区VI时，所述零矢量为

进一步的，本发明中当扇区I、扇区III及扇区V插入的零矢量为扇区II、扇区IV、扇区VI插入的零矢量为时，扇区I-扇区VI中不同控制时 段对应的所述开关状态及矢量如表2所示，所述矢量包括所述零矢量和所述基本电压空间矢量。

表2

其中，000、001、010、011、100、101、110、111为开关状态；为基本电压空间矢量；为零矢量。

由表2可以看出，在扇区I中A相(对应A桥臂)始终保持上桥臂开通的状态未发生变化，在扇区IV中A相始终保持上桥臂关断状态未发生变化；在扇区III中B相(对应B桥臂)始终保持上桥臂开通的状态未发生变化，在扇区VI中B相始终保持上桥臂关断状态未发生变化；在扇区V中C相(对应C桥臂)始终保持上桥臂开通的状态未发生变化，在扇区II中C相始终保持上桥臂关断状态未发生变化。也就是说，对于表2，每相(A相、B相或C相)都有两个互差180度、宽度为60度的开关管不进行开关操作的扇区(也即，不开关扇区)。(例如A相在扇区I和扇区IV不动作，同时这两个扇区互差180度)。

图4为本发明A相电压的功率因数角的示意图；如图1所示，A相的电压峰值点为扇区I的中线所示，A相的电流峰值点滞后于A相的电压峰 值点的角度为功率因数角这里定义A相的相电压正半周中60°不开关扇区的中线滞后于该相的相电压的电压正峰值点的角度为β。对于A相来说，扇区I为其不开关扇区，且对应A相电压的正周期；因此，β＝0。当较高时，功率因数角较小，因此可以认为扇区I的中线和A相的电流峰值点基本重合。

类似的，当较小时，也可以得出扇区III的中线与B相的电流峰值点基本重合，扇区V的中线与C相的电流峰值点基本重合的结论。

进一步的，本发明中当扇区I、扇区III及扇区V插入的零矢量为扇区II、扇区IV、扇区VI插入的零矢量为时，扇区I-扇区VI中不同控制时段对应的所述开关状态及矢量如表3所示，所述矢量包括所述零矢量和所述基本电压空间矢量。

表3

其中，000、001、010、011、100、101、110、111为开关状态；为基本电压空间矢量；为零矢量。

由表2和表3可以看出，在扇区I-扇区VI中总共出现8*6+5次开关管的开关操作，与现有技术中总共出现12*6次开关管的开关操作相比，降低了开关操作的频率和开关损耗。

图5为现有技术七段式SVPWM调制方法下A相的SVPWM波形图，图6为本发明优化零矢量的SVPWM调制方法下A相的SVPWM波形图；从图5和图6可以看出，本发明与现有技术相比，每相(A相、B相或C相)都有两个互差180度、宽度为60度的不开关扇区，有两个扇区不进行开关管的开关操作，降低了开关频率及开关损耗。

需要说明的是，图5及图6中A相电压的周期为0.02秒(s)，图5具体为现有技术基于表1的开关顺序所确定的A相的SVPWM脉冲波形图，图6具体为本发明基于表2的开关顺序所确定的A相的SVPWM脉冲波形图。图7为现有技术A相的调制波的仿真波形图，图8为本发明A相的调制波的仿真波形图；如图7和图8所示，相比于现有技术，本发明A相的调制波的仿真波形图在正负半周的各中间60度时一直保持不变化，分别对应于图6中的脉冲不动作时刻。

需要说明的是，图7及图8的仿真条件相同，具体为：三角波(用于与调制波比较，从而生成PWM波形)的周期为0.0002s，幅值为0.0001；Ud为600V；三相电压的周期为0.02s，幅值为348V；输出负载R＝5Ω。图7中A相的SVPWM波形如图5所示，图8中A相的SVPWM波形如图6所示。

下面对现有技术与本发明的线电压谐波进行仿真分析

仿真条件：三角波的周期为0.0002s，幅值为0.0001；Ud为600V；三相电压的周期为0.02s，幅值为348V；输出负载R＝5Ω，开关频率为5k Hz，调制比为1。对仿真后得到的现有技术的线电压频谱及本发明的线电压频谱进行分析，其谐波此时、电压幅值、百分比(电压幅值所占的百分比)的对比如表4所示；

表4

由表4可以看出，本发明与现有技术相比，低次谐波明显减小，可以减少电机运行中及多模式PWM切换时的电压、电流冲击，从而更加有利于电机的稳定运行。

下面对现有技术与本发明的线转矩波动进行仿真分析

其中，谐波转矩有两种：一种是恒定的谐波转矩，另外是脉动转矩。恒定的谐波转矩主要由气隙谐波磁通和它在转子上感应的电流之间相互作用而产生的，脉动转矩是各次谐波磁场和电流之间相互作用的结果，是谐波转矩的主要分量。

图9为现有技术七段式SVPWM调制方法下电机的转矩波形，图10为本发明优化零矢量的SVPWM调制方法下电机的转矩波形；如图9和图10所示，当电机运行时，现有的SVPWM调制方法输出的脉动转矩(Te)在-5(单位为N*m(牛*米))和5之间波动，本发明的SVPWM调制方法输出的脉动转矩在-2和4之间波动。因此，本发明与现有技术相比，减小了转矩脉动。

图11为本发明一种优化零矢量的SVPWM调制装置的结构示意图；本实施例的装置可以用于控制三相逆变器的三组桥臂的开关管的通断，如图11所示，本实施例的装置可以包括：获取模块1101和控制模块1102。其中，获取模块1101，用于获取开关控制信息，所述开关控制信息包括第一扇区的不同控制时段分别对应的开关状态；所述第一扇区为5段式调制扇区；其中，所述第一扇区的中间控制时段的开关状态为零矢量对应的开关状态，其他控制时段的开关状态为所述第一扇区的基本电压空间矢量对应的开关状态，且每次开关状态的切换，仅有一组所述桥臂的开关管的通断状态发生变化；控制模块1102，用于根据所述开关控制信息，对所述桥臂的开关管的通断进行控制。

可选的，当所述第一扇区为扇区I、扇区III及扇区V时，所述零矢量为当所述第一扇区为扇区II、扇区IV、扇区VI时，所述零矢量为或者，当所述第一扇区为扇区I、扇区III及扇区V时，所述零矢量为当所述第一扇区为扇区II、扇区IV、扇区VI时，所述零矢量为

可选的，所述扇区I-所述扇区VI中不同控制时段对应的所述开关状态及 矢量如表2所示，所述矢量包括所述零矢量和所述基本电压空间矢量。

可选的，所述扇区I-所述扇区VI中不同控制时段对应的所述开关状态及矢量如表3所示，所述矢量包括所述零矢量和所述基本电压空间矢量。本实施例的装置，可以用于执行一种优化零矢量的SVPWM调制方法实施例一、实施例二的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。