专利名称：用于异步电机的相电压差值型svpwm控制方法
技术领域：
本发明涉及异步电机变频控制技术领域，尤其涉及一种能提高实时控制效 率的用于异步电机的相电压差值型SVPWM控制方法。
背景技术：
电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术以其开关次数少、电压利用率高、 抑制谐波效果好等特点，已被广泛应用于异步电机交流变频调速系统。但传统 的SVPWM控制方法首先需引入Park坐标变换，把三相旋转坐标系下的Fa、 ^、 K相电压映射为二维静止坐标系下的电压空间矢量分量，通过反正切求取相角0 来划分扇区，并按式(1)求出基本电压空间矢量作用时间
r《如l—-学
见图2，对应于图1三相逆变器的8个基本电压空间矢量为V0 (000)、 VI (100)、 V2 (110)、 V3 (010)、 V4 (011)、 V5 (001)、 V6 (101)、 V7 (111)，
;、 r^分别为二维静止坐标系下同一扇区内相邻基本电压空间矢量Kfc 、^+1
的作用时间，7;为PWM开关周期，r血为图l三相逆变器直流母线电压，0为 电角度。以上分析可见，传统的SVPWM控制方法，需进行坐标矩阵变换、三
角函数计算，软件开销较大，计算效率较低，影响控制的实时性。为弥补这些 不足，许多文献对此进行了专门研究。某些研究简化了坐标变换，但需进行三
角函数的无理除法及绝对值计算；某些研究解决了无理数、绝对值问题，对基 本电压空间矢量作用时间的计算公式做了简化，但实际计算量仍较大；某些研 究简化了二维静止坐标系中电压空间矢量分量计算，但引入的参数矩阵却带来 了大量三角函数运算。尽管相关简化算法不断推陈出新，仍无法克服彼消此长 的弊端，不能在根本上解决计算量较大的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用于异步电机的相电压差
值型SVPWM控制方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的 一种用于异步电机的相电压 差值型SVPWM控制方法，三相逆变器具有三个上桥管U、 V、 W和三个下桥
管X、 y、 Z;该方法包括以下步骤
(1) 按照三相异步电机的控制要求，得到三相参考电压F。、 r6、 Fc;
(2) 按三相参考电压F。、 K、 Fc从大到小排序列表来确定参考电压空间矢量 PW所处扇区位置；
(3) 分别求同一扇区内两相邻基本电压空间矢量^ 、的作用时间&、
(4) 由&、 7^换算出逆变器三相桥臂上管导通时间L, fw Q，分别对应 于上桥管U、 V、 W导通时间；
(5) 按照不同扇区基本电压空间矢量的组合及作用时间，通过控制该扇区三相 PWM开关模式，使根据预先设定的频率和幅度进行圆形旋转，最终实现相电压 差值型SVPWM输出。
进一步地，所述步骤(3)中，通过式
得到作用时间7^、 rA+1，其中，F&为三相逆变器直流母线电压。 进一步地，所述步骤(4)中，通过式
卿一 2
'f to = f am + K f咖=,腳+ K + K+l
得到逆变器三相桥臂上管导通时间~。 ，
本发明的有益效果是
1、按三个参考相电压K、 K、 Fc从大到小排序列表来判断以圆形旋转的参
考电压矢量^ef所处扇区位置，避免求取相角e来划分扇区的方法，提高了输出
电压精度。2、利用控制系统生成的相位互差120°的三相正弦参考电压的相电压差值 (r。-^)、 (K-K)、 (K-K)来直接求取基本电压空间矢量作用时间，避免坐 标矩阵变换、三角函数等复杂计算。
图1是三相逆变器主电路结构图； 图2是电压空间矢量作用示意图3是电压空间矢量作用在第一扇区时三相PWM开关模式示意图。
具体实施例方式
下面根据附图详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。 本发明的核心是二维静止坐标系下同一扇区内两相邻基本电压空间矢量 K 、Fw的作用时间Tfc、 7\+1，是直接根据异步电机的三个相电压差值变量(^-K)、 (F。-Fc)、 (Fc-F"得出的，不涉及坐标矩阵变换及三角函数计算。本发明 以第一扇区为例，见表l。表l:电压空间矢量Vref作用扇区判断列表
扇 区K、 K与K
1
2[;i/3， 2ti/3]
3[2兀/3, 7t]
4[:r， 4兀/3]
5[4兀/3， 5兀/3]
6[5兀/3， 2兀1「 &
第一扇区中r。>r6〉Ke,则差值svpwM的具体实现按以下rfe、 7\+1计算 公式(2)进行
. * (2)
、 q
其中7;为PWM开关周期，F^为三相逆变器直流母线电压。同理，若参考
电压矢量Fref处于第五扇区，第五扇区中K〉K〉K，则^、 r^的计算按公式(3)进行:
k K血
一般地，设某扇区K〉^〉K为由大到小的三个相电压排序，则^、几+1的 计算通式见公式(4):
< rfc (4)
、 c
如图1所示，J&为三相逆变器直流母线电压，U、 V、 W为三相逆变器的 上桥管，x、 y、 z为三相逆变器的下桥管，F。、 K、 ^为异步电机的三相供电电 压。
如图2所示，^ef为以圆形旋转的参考电压矢量，8个基本电压空间矢量分
别为V0 (000)、 VI (100)、 V2 (110)、 V3 (010)、 V4 (011)、 V5 (001)、 V6 (101)、 V7 (111),整个电压空间矢量分成l-6六个扇区，零矢量V0 (000)、 V7 (111)位于六边形中点。
如图3所示，是电压空间矢量作用在第一扇区时三相PWM开关样式示例， 其电压空间矢量分布为K^^^^^fV本发明用于异步电机的相电压差值型 SVPWM控制方法，包括以下步骤
1、 按照三相异步电机的控制要求，得到三相参考电压K。、 K、 Fc。
K、. K、 K依据三相异步电机的最高最低工作频率、额定电压与最高工作 电压、恒功率区与恒转矩区的拐点频率电压以及最大工作电流限幅等条件给定。
2、 按三相参考电压F。、 K、 K从大到小排序列表来确定参考电压空间矢量 PW所处扇区位置。
按表1所列的F。、 J^、 K排序，例如当数字处理器判别出当前^。>^>^， 则^f处于第一扇区，避免求取相角e来划分扇区的方法，软件资源占用率低、
方法简洁。确定了 PW所处扇区位置，就得到合成J^f所需的该扇区相邻基本电
压空间矢量Ffo 、 ^+1，如第一扇区F产V1 (100), Ffc+1=V2 (110)。
3、 分别求同一扇区内两相邻基本电压空间矢量^ 、 &+1的作用时间7;、图2中，如第一扇区F。>F6>KC，按公式(4)计算rfc、 7\+1的通式，取fa, 产6， z=c，具体计算时，F。、 K、 ^及直流母线电压F^作标么化处理。
4.由rfe、 换算出逆变器三相桥臂上管导通时间" ，分别 对应于u、 v、 w导通时间。
G。 ， &。， 1。 的计算见公式(5),经标么化后相当于数字处理器内置的三相 PWM发生单元比较值，用三个参考相电压差值表示，即有公式(6)。
Z。o/j 一
2
to" = ^咖+ L +
(5)
7;
2r,
2F,
(6)
5.按照不同扇区基本电压空间矢量的组合及作用时间，通过控制该扇区三 相PWM开关模式，使根据预先设定的频率和幅度进行圆形旋转，最终实现相电 压差值型SVPWM输出。
图3所示以第一扇区为实施例中，参考图2， VI (100)和V2 (110)合成 当前的参考电压空间矢量Kref，把PWM开关模式分为三相七段式，其基本电压 空间矢量以V0V1V2V7V2V1V0分布。在一个开关周期内，设VI (100)作用
时间为r;， V2 (no)作用时间为r2，即三相PWM脉宽差值合成参考电压矢量
Fref，图3开关模式中均为高电平(111)或低电平(000)时，不存在相电压差值， 只产生零电压空间矢量。在这个意义上，PWM脉宽差值的不同，导致基本电压
空间矢量作用时间的不同，而矢量作用时间的不同，最终使输出的合成参考电 压空间矢量^f不同，表现在逆变器输出大小不同的三相电压。因此，三个相电
压的差值直接反映了 PWM脉宽的差值，这正是本发明的创新意义所在。
本发明在每个PWM控制周期内，利用控制系统生成的相位互差120°的三 相正弦参考电压的相电压差值来直接求取基本电压空间矢量作用时间，按从大 到小排列的三个参考相电压顺序关系来判断以圆形旋转的参考电压矢量Kref所处扇区位置，完全省略了传统方法中的坐标矩阵变换、三角函数运算以及参考 电压矢量对扇区的矢量分解推导，全部中间过程简化为只判断三个相电压的大 小顺序和计算其差值，步骤清晰，模型简单，计算效率高，实时性强，适合高 精度控制，具有较大的理论创新和应用价值。
权利要求
1.一种用于异步电机的相电压差值型SVPWM控制方法，三相逆变器具有三个上桥管U、V、W和三个下桥管x、y、z。其特征在于，该方法包括以下步骤(1)按照三相异步电机的控制要求，得到三相参考电压Va、Vb、Vc。(2)按三相参考电压Va、Vb、Vc从大到小排序列表来确定参考电压空间矢量Vref所处扇区位置。(3)分别求同一扇区内两相邻基本电压空间矢量Vk，、Vk+1的作用时间Tk，、Tk+1。(4)由Tk，、Tk+1换算出逆变器三相桥臂上管导通时间taon，tbon，tcon，分别对应于上桥管U、V、W导通时间。(5)按照不同扇区基本电压空间矢量的组合及作用时间，通过控制该扇区三相PWM开关模式，使根据预先设定的频率和幅度进行圆形旋转，最终实现相电压差值型SVPWM输出。
2. 根据权利要求1所述用于异步电机的相电压差值型SVPWM控制方法， 其特征在于，所述步骤(3)中，通过式得到作用时间K、几+1，其中，K必为三相逆变器直流母线电压。
3. 根据权利要求1所述用于异步电机的相电压差值型SVPWM控制方法， 其特征在于，所述步骤(4)中，通过式' 义-7;-7;+1'^做=+ f咖=Con + A +得到逆变器三相桥臂上管导通时间t。"。
全文摘要
本发明公开了一种用于异步电机的相电压差值型SVPWM控制方法；在每个PWM控制周期内，利用控制系统生成的相位互差120°的三相正弦参考电压的相电压差值来直接求取基本电压空间矢量作用时间，按从大到小排列的三个参考相电压顺序关系来判断以圆形旋转的参考电压矢量V<sub>ref</sub>所处扇区位置，完全省略了传统方法中的坐标矩阵变换、三角函数运算以及参考电压矢量对扇区的矢量分解推导，全部中间过程简化为只判断三个相电压的大小顺序和计算其差值，步骤清晰，模型简单，计算效率高，实时性强，适合高精度控制，具有较大的理论创新和应用价值。
文档编号H02P21/00GK101515782SQ20091009678
公开日2009年8月26日 申请日期2009年3月19日 优先权日2009年3月19日
发明者张寅孩, 苇 祝 申请人:浙江理工大学