一种开关损耗最优的五相逆变器空间矢量调制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于逆变器调制技术领域，特别涉及一种开关损耗最优的五相逆变器空间 矢量调制系统及调制方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术的快速发展和控制理论的更加完善，将电力电子技术与控制理 论结合起来高效和高性能的控制电机驱动系统是发展趋势。随着三相电机系统的深入研究 和广泛应用，大大提高了工业的发展和国防的建设，但三相电机系统固有的结构在一些特 殊场合中解决实际工业应用时也暴露出问题。如何在不降低系统的容量的情况下，能够在 故障的情况下继续运行，如何在提高功率驱动器的电压应力的情况下，提高电机的容量，是 亟待研究的课题。
[0003] 多相电机控制系统就是在这样的一个环境下应运而生，以其具有的优势而得到工 业界的广泛关注和研究。相比于三相电机，多相电机由于具有较强的容错性能、较小的转矩 脉动和较高的脉动频率和相同功率下每相较小的电流等特点，可应用于多电飞机、船船推 进，机车牵引和混合动力汽车等大功率和高性能变速场合。为了能够更好地控制多相电机， 多相逆变器是驱动多相电机的必备装置。而如何较好地控制这个装置，是高性能控制多相 电机的一个关键环节。为了更好地研究多相电机，产生逆变器驱动信号的脉宽调制技术是 第一控制量。
[0004] 传统的脉宽调制技术按实现的类型可以分为两类，一类是载波调制技术和空间矢 量调制技术。空间矢量调制技术由于具有更广泛的应用和容易实现而备受关注。而对于传 统的空间矢量调制技术，采用连续的调制波方式，在每个脉宽调制周期都发出脉冲。针对这 个问题，采用离散的调制波可以有效地减小开关损耗。
[0005] 传统策略都是基于连续信号的调制方式思想，从理论上并未充分利用零电压矢量 分配的方法和电流的相位信息，因此逆变器的开关损耗不是最优的。
[0006] 基于以上分析，本发明人试图改变研究角度，以提高系统效率，本案由此产生。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的，在于提供一种开关损耗最优的五相逆变器空间矢量调制系统及方 法，其可在不改变逆变器硬件的基础上，从控制策略的角度实现逆变器的效率最优。
[0008] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
[0009] -种开关损耗最优的五相逆变器空间矢量调制系统，包括：
[0010] 电流信号采集单元，用于接收五相逆变器的相电流；
[0011] 第一坐标变换单元，用于将前述五相坐标系下的相电流转换成二相静止坐标系下 的电流信号；
[0012] 电压信号采集单元，用于接收五相逆变器的直流电压；
[0013] 电压扇区判断单元，用于根据给定的二相静止坐标系下的电压信号计算电压扇区 信号；
[0014] 电流扇区判断单元，用于根据二相静止坐标系下的电流信号计算电流扇区信号；
[0015] 第一占空比计算单元，用于根据电压扇区信号及第一频率电压给定和第二频率电 压给定，计算四个空间电压矢量的占空比；
[0016] 第二占空比计算单元，用于根据电流扇区信号及四个空间电压矢量的占空比计算 第一零矢量和第二零矢量的占空比；
[0017] 开关切换点计算单元，用于根据不同扇区的开关顺序表，计算不同桥臂的作用时 间；
[0018] 比较单元，用于根据比较数值改变驱动信号的高低状态。
[0019] -种开关损耗最优的五相逆变器空间矢量调制方法，包括如下步骤：
[0020] (1)采集五相逆变器的直流电压Vd。，并将其变换为二相静止坐标系下的电压信号 U α , U β :
[0021] ⑵计算电压扇区信号k :
[0022] (3)根据电压扇区信号k及第一频率电压给定和第二频率电压给定，计算四个空 间电压矢量的占空比Du D2, D3, D4;
[0023] (4)采集五相逆变器的相电流iR，is，iT，i,，i v，并将其变换为二相静止坐标系下的 电流ig号：
[0024] (5)计算电流扇区彳目号k。：
[0025] (6)根据电流扇区信号及四个空间电压矢量的占空比计算第一零矢量和第二零矢 量的占空比Dq，D5;
[0026] (7)判断当前电压位于哪个扇区内，依据第一零矢量的占空比D。和四个空间电压 矢量的占空比Di_D4以及根据扇区编号对应开关顺序表计算五个桥臂开关管的驱动信号；
[0028] 其中，R、S、V、T、U分别表示五相。
[0029] 上述步骤⑵的具体内容是：
[0030] (21)根据下式计算 I U2, U3, U4, U5:
[0032] 其中，u。，ue分别为二相静止坐标系下的电压信号；
[0033] (22)计算 P :
[0035] 其中，函数s i gn (x)的取值是
[0036] (23)根据P的计算结果，结合下表得到电压扇区信号：
[0038] 其中，k为电压扇区信号。
[0039] 上述步骤（3)中，具体的计算公式是：
[0042] 上述步骤（4)中，采用如下变换公式将相电流iR，is，iT，' i/变换为二相静止坐标 系下的电流信号：
[0044] 其中，为第一频率二相静止坐标系分量，
[0045] 上述步骤（5)的具体内容是：
[0046] (51)根据下式计算 L 12, 13, 14, 15:
[0048] 其中，为第一频率二相静止坐标系分量；
[0049] (52)计算 P。：
[0051] 其中，函数sign(X)的取值是
[0052] (53)根据P。的计算结果，结合下表得到电流扇区信号：
[0054] 其中，k。为电压扇区信号。
[0055] 上述步骤（6)中，采用如下公式计算第一零矢量和第二零矢量的占空比D。，％:
[0056] D〇= 03(^-0^02-03-04)
[0057] D5= C 4 (UDA-DO
[0058] 其中，Ts为控制周期，D fD4为四个空间电压矢量的占空比，
[0059] 采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：
[0060] (1)通过空间矢量调制出所需要的脉宽调制驱动信号，脉宽调制驱动信号的输出 与传统方法的输出相同；
[0061] (2)本发明可以实现最直接的降低逆变器的开关损耗，并且跟随负载的变化，实现 开关损耗最优；
[0062] (3)通过本发明可以降低逆变器的开关损耗，从而提高整个系统的效率。
【附图说明】
[0063] 图1是本发明的原理示意图；
[0064] 图2 (a)是传统方法一路桥臂的脉宽调制信号示意图；
[0065] 图2(b)是本发明一路桥臂的脉宽调制信号示意图；
[0066] 图3是传统方法与本发明的开关损耗及功率因数角关系示意图；
[0067] 图4是本发明实施例的时序图。
[0068] 图中标号说明：1、交流电流传感器，2、逆变器，3、电压传感器，4、脉宽调制控制器， 5、比较单元，6、开关切换点计算单元，7、第一坐标变换单元，8、电流扇区判断单元，9、电压 扇区判断单元，10、第一占空比计算单元，11、第二占空比计算单元。
【具体实施方式】
[0069] 以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0070] 如图1所示，本发明提供一种开关损耗最优的五相逆变器空间矢量调制系统，包 括有如下组成单元：
[0071] 电流信号采集单元，用于接收五相逆变器的相电流iR, is, iT, iu, iv;
[0072] 第一坐标变换单元，用于将前述五相坐标系下的电流信号（即相电流 ira, U，i。。，id, ij转换成二相静止坐标系下的电流信号i1;
[0073] 电压信号采集单元，用于接收五相逆变器的直流电压Vd。；
[0074] 电压扇区判断单元，用于根据给定的二相静止坐标系下的电压信号计算电压扇区 信号k ;
[0075] 电流扇区判断单元，用于根据二相静止坐标系下的电流信号计算电流扇区信号 k〇;
[0076] 第一占空比计算单元，用于根据电压扇区信号及第一频率电压给定和第二频率电 压给定，计算四个空间电压矢量的占空比Du D2, D3, D4;
[0077] 第二占空比计算单元，用于根据电流扇区信号及四个空间电压矢量的占空比计算 第一零矢量和第二零矢量的占空比D。，D5;
[0078] 开关切换点计算单元，用于根据不同扇区的开关