一种三相变频控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于三相变频技术领域，涉及一种三相变频控制方法。
【背景技术】
[0002] 三相变频技术在现代社会中使用越来越广泛，其实质就是DC/AC变换。在追求高 能效，高功率体积比的驱使下，利用负载的惯性元件特性，根据电压时间冲量相等的原则， 普遍采用了PWM开关控制技术。最流行的有所谓的SPWM(正弦脉宽调制）技术和SVPWM(空 间矢量脉宽调制）技术。
[0003] 三相变频技术中对输出的要求是电压基波成分尽可能高，谐波成分尽可能分散， 谐波频率尽可能远离基波；而三相电压基波要求幅值相等，频率一致，相位相差120度，有 的应用对起始相角有要求。不考虑谐波，设起始相角为〇,理想基波用下式表达：
[0004]A = Vm*C0SW*t
[0005]B = Vm*C0S(ff*t+120)
[0006]C = Vm*C0S(W*t_120)
[0007]其中W = 2*3i*f
[0008] 若PWM周期为Ts，则一周期内的A相电压时间积为：
[0009]dA=Vm*(sinW*(t+Ts)_sinW*t)/W= 2*Vm/W*sin(W*Ts/2)*cosW*(t+Ts/2)
[0010]W*Ts/2 - 0 时，sin(W*Ts/2)~W*Ts/2;则：
[0011]dA~Vm*Ts*cosW*(t+Ts/2);对B、C相同样有：
[0012] dB~Vm*Ts*cos(W*(t+Ts/2)+120)
[0013]dC~Vm*Ts*cos(W*(t+Ts/2)-120)
[0014] 观察上式，dA+dB+dC= 0,Vm*Ts为常数，可见三相电压时间积与各自对应的相位 角的余弦值成正比。而开关电压为常值，开关时间和方向可变，为使开关电压时间积与之相 等，只须开关时间与相应的相角余弦绝对值成正比即可，余弦值的符号可通过改变开关方 向得到。
[0015] 针对不同的开关负载结构及不同的控制方法，将有不同的各相等效开关电压大 小，从而开关时间比例不同，但总的有效开关时间不能大于Ts。所谓的SPWM技术和SVPWM 技术采用三相六开关逆变桥及Y形连接负载，如图1所示，都利用三相负载相等的特性，只 控制方法有区别。SPWM技术在有效开关时间内任何时刻控制两相导通；SVPWM技术在有效 开关时间内任何时刻控制三相导通，这是其本质区别。设接电源正极开关导通为1，接电源 负极开关导通为-1，两都不导通为〇,如每相负载相等，两技术的有效开关控制状态与开关 电压如表1-2所示。
[0016] 表1 :SPWM技术开关状态及开关电压表
[0017]
[0018] 表2 :SVPWM技术开关状态及开关电压表
[0019]
[0020] 根据三相变频电压时间积的要求，可选择合适的开关控制状态组合，根据其开关 电压大小算得各开关控制状态需要时间，如表1，选序号K2,K4的开关控制状态，开关控制 时间设为tl，t2,设Φ=W*(t+Ts/2)有：
[0021] l/2*Vdc*tl=Vm*Ts*cosΦ(1)
[0022] _l/2*Vdc* (tl+t2) =Vm*Ts*cos(Φ+120) (2)
[0023]l/2*Vdc*t2 =Vm*Ts*cos(Φ-120) (3)
[0024]上述方程组只有2个独立，选择式（1)、（3)联立求解得：
[0025]tl= 2*Vm/Vdc*Ts*cosΦ> 0
[0026]t2 = 2*Vm/Vdc*Ts*cos(Φ-120) > 0
[0027]tl+t2 彡Ts
[0028] 由上述时间约束可得出：
[0029] 90 彡Φ彡 30
[0030]Vm^Vdc/2
[0031] 选择表1其他相邻的控制状态，重复以上过程，得出SPWM的控制状态，如表3所 /_J、1 〇
[0032]设Za=COSΦ，Zb=COS(Φ+120)，Zc=COS(Φ-120)
[0033] 表3 :SPWM控制状态
[0034]
[0035] 对表2,重复表1的工作，得出SVPWM控制状态表4。
[0036] 表4 :SVPWM控制状态
[0037]
[0038] 对于SVPWM还需说明的是Vm的最大值，以控制状态序号1为例有：
[0039] tl+t2 = Vm/Vdc*Ts*(Za-Zc+Zc-Zb) = sqrt (3)*Vm/Vdc*Ts*cos(Φ-30) < Ts
[0040]则Vm<Vdc/sqrt (3)。
[0041] 以上对现有技术方案的阐述，利用电压时间积相等的原则，从两种控制方法的开 关控制状态出发，说明了两种控制方法在一个电压周期内的控制状态要求。另外如引用 SVPWM技术的矢量观点，众所周知，SVPWM的6个开关控制状态对应的矢量角度是0,60,120， 180, 240, 300度，矢量模为1，是标么化的三相电压矢量模的2/3 ;对于SPWM以K2为例计算 矢量有VI:
[0042]V丨=l/2*eΛj〇+l/2*eΛj2/3*PI()+0*eΛ_j2/3*PI〇=1/2 Z 30°
[0043] 因此SPWM各开关控制状态对应的矢量角度是30,90,150, 210, 270, 330度，只不过 其模是标么化的三相电压矢量模的1/sqrt(3);从这种意义上讲无论SPWM，还是SVPWM，都 是一种矢量控制方式，姑且称其为开关矢量控制吧。SPWM利用了 30+60*N(0彡N彡5)的6 个开关矢量，SVPWM则利用了 60*N(0彡N彡5)的6个开关矢量，其他矢量靠基本开关矢量 合成。
[0044] 综上所述，现有技术只利用了一半的开关矢量，其他矢量靠相邻最近的相隔60度 的两开关矢量合成。众所周知，SPWM技术比SVPWM技术电压利用率低，但EMI较小。
【发明内容】
[0045] 为了克服现有技术中存在的缺陷，利用全部的开关矢量，达到更好的效果，本发明 提供一种三相变频控制方法，利用了现有的三相六开关逆变桥结构，针对现有技术的不足， 采用12状态全开关矢量，应用矢量合成技术，选择开关控制矢量；依照电压时间积相等的 原则算得相应的开关矢量时间，从而控制开关，达到变频目的。其技术方案如下：
[0046] 一种三相变频控制方法，包括以下步骤：
[0047] 1)建立12开关矢量控制参数表，即角度与开关矢量选择、开关矢量作用时间，开 关矢量各开关状态的对应关系表；建立正、余弦计算程序。
[0048] 2)设定系统直流电压值Vdc及交流电压幅值Vm。
[0049] 3)设定A相初始相角Θ。
[0050] 4)设定交流电压频率W和选定系统PWM控制周期Ts。
[0051] 5)计算时间系数常量Kt=Vm/Vdc*Ts;计算A相控制相角Φ= (Θ+W*Ts/2) M0D360,更新A相相角θ=φ
[0052] 6)计算A、B、C相角余弦值：Za=C0S(j);Zb=C0S((j)+120);Zc=C0S((j)-120)。
[0053] 7)依据A相相角查12开关矢量控制参数表选择开关矢量及矢量作用时间变量 tl，t2 ;计算矢量作用时间：tl=Kt*tl，t2 =Kt*t2 ;并得出A、B、C各相开关状态。
[0054] 8)结合开关初始状态选择无效开关矢量状态并排布开关顺序及分配开关时间。
[0055] 9)据A、B、C各相开关顺序及时间分配情况译码各相上下桥臂开关PWM控制波形
[0056] 10)输出各开关PWM控制波形
[0057]11)回至步骤2)进行下一PWM周期的工作。
[0058] 进一步优选，针对不同的变频控制可以在步骤2)、3)、4)中进行节选来改变系统 控制参数达到不同的控制目的；而本
【发明内容】
的主旨体现在步骤1)、7)、8)中，即利用12开 关矢量进行变频控制和能利用更多的无效开关矢量状态减少开关冲击。
[0059] 本发明的有益效果：本发明三相变频控制方法中，开关控制角减小为30度，控制 更精确；适应不同的负载，最高电压利用率可到1 ;开关转换时电压变化减小，有助于减小 EMI;无效开关状态更多，可以灵活安排无效开关状态，达到有效控制死区时间和减少开关 冲击的目的。
【附图说明】
[0060] 图1为三