基于三模态切换的三相逆变器控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于三模态切换的三相逆变器控制方法，所述方法通过三个工作模态在三个不同工作扇区内不同的组合控制实现，具体包括以下步骤：1)确定三相逆变器需输出的电压矢量所在扇区，得到与所在扇区对应、合成电压矢量的两个工作模态；2)确定两个工作模态的工作时间；3)根据工作时间生成两个工作模态的切换序列；4)根据切换序列控制两个工作模态合成电压矢量，使其按圆形轨迹旋转输出三相逆变器的正弦线电压。本发明的三相逆变器控制方法在输出同样的正弦线电压情况下，与SVPWM控制策略相比，所采用的电路模态数量减少1/2，三相逆变器的功率开关管开关次数减少2/3，从而有效地降低了三相逆变器的开关频率与损耗。
【专利说明】基于三模态切换的三相逆变器控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种三相逆变器的控制方法，尤其是一种基于三模态切换的三相逆变器控制方法。属于电能转换应用领域。
【背景技术】
[0002]三相逆变器作为工业应用中不可或缺的电力电子设备，广泛应用于电力系统、高速列车、电动汽车、大型不间断电源(UPS)、新能源发电等领域。然而，随着三相逆变器功率的增大，以及功率开关管的开关频率的提闻，使得功率开关管的开关损耗越来越大，已成为制约高功率密度逆变器发展的一个关键问题。
[0003]目前，常用的三相逆变器控制策略是SVPWM(全称为Space Vector PulseWidth Modulation，即空间矢量脉宽调制)，它与传统的正弦PWM(全称为Pulse WidthModulation，即脉冲宽度调制)策略相比，输出电流波形的谐波分量小，且直流母线电压的利用率较高，更易于数字化控制。然而，SVPWM需要通过在六个不同工作扇区内对六个工作模态的切换来实现对三相逆变器的控制，如图1在第一扇区内工作模态切换序列所示，在一个周期内三相逆变器中三相桥臂的6个功率开关管各开关I次，共6次，因此，开关频率较高及损耗较大。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种可以有效降低三相逆变器开关频率与损耗的基于三模态切换的三相逆变器控制方法。
[0005]本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0006]基于三模态切换的三相逆变器控制方法，其特征在于所述方法通过三个工作模态在三个不同工作扇区内不同的组合控制实现，包括以下步骤:
[0007]I)确定三相逆变器需输出的电压矢量所在扇区，得到与所在扇区对应、合成电压矢量的两个工作模态；
[0008]2)确定两个工作模态的工作时间；
[0009]3)根据工作时间生成两个工作模态的切换序列；
[0010]4)根据切换序列控制两个工作模态合成电压矢量，使其按圆形轨迹旋转输出三相逆变器的正弦线电压。
[0011]作为一种优选方案，所述三个工作模态分别为:工作模态U100,开关管VI\、VT2和VT6导通，开关管VT3、VT4和VT5截止；工作模态U010,开关管VT2、VT3和VT4导通，开关管VT1、VT5和VT6截止；以及工作模态U.，开关管VT4、VT5和VT6导通，开关管VTpVT2和VT3截止；所述三个工作扇区在静止坐标α-β两相坐标轴上、以α轴为起点逆时针方向划分为:第一扇区，O?120度；第二扇区，120?240度；以及第三扇区,240?360度。
[0012]作为一种优选方案，步骤I)具体如下:
[0013]设三相逆变器电压矢量Uref，给定Uref幅值和相角，在静止坐标α - β两相坐标轴上，UMf在其上的分量用Ua和化来表示，其所在扇区由以下式(I)确定:
【权利要求】
1.基于三模态切换的三相逆变器控制方法，其特征在于所述方法通过三个工作模态在三个不同工作扇区内不同的组合控制实现，包括以下步骤: 1)确定三相逆变器需输出的电压矢量所在扇区，得到与所在扇区对应、合成电压矢量的两个工作模态； 2)确定两个工作模态的工作时间； 3)根据工作时间生成两个工作模态的切换序列； 4)根据切换序列控制两个工作模态合成电压矢量，使其按圆形轨迹旋转输出三相逆变器的正弦线电压。
2.根据权利要求1所述的基于三模态切换的三相逆变器控制方法，其特征在于:所述三个工作模态分别为:工作模态U100,开关管VT1JT2和VT6导通，开关管VT3、VT4和VT5截止；工作模态U010,开关管VT2、VT3和VT4导通，开关管VTpVT5和VT6截止；以及工作模态U001,开关管VT4、VT5和VT6导通，开关管VTpVT2和VT3截止；所述三个工作扇区在静止坐标α - β两相坐标轴上、以α轴为起点逆时针方向划分为:第一扇区，O?120度；第二扇区，120?240度；以及第三扇区，240?360度。
3.根据权利要求2所述的基于三模态切换的三相逆变器控制方法，其特征在于:步骤1)具体如下: 设三相逆变器电压矢量Uref，给定UMf幅值和相角，在静止坐标α-β两相坐标轴上，Uref在其上的分量用Ua和化来表示，其所在扇区由以下式(I)确定:
N = sign(Uβ) + .2 X sign(sitiy Uσ - sinUβ) + 4x sign(-sin 冬-sin |(I) 其中，N= I或N = 3时，电压矢量位于第一扇区，由工作模态Ult?和U_合成；N = 4或N = 5时，电压矢量位于第二扇区，由工作模态U010和U001合成；N = 2或N = 6时，电压矢量位于第三扇区，由工作模态U001和U100合成。
4.根据权利要求3所述的基于三模态切换的三相逆变器控制方法，其特征在于:步骤2)具体如下: a)若电压矢量Uref位于第一扇区，由工作模态U100和U010合成，则UrefTs =H+H，其中Tltltl是工作模态U100的工作时间，Ttlltl是工作模态U010的工作时间，且有Ts = T1QQ+T_+T_，其中Tqqq为工作模态Uiqq和U-不工作时三相逆变器的A、B、C三相桥臂的下功率开关管全开通的时间；设UMf与α轴的夹角为Θ，三相逆变器直流母线电压为Ud。，则有: Ua]Γ COS^I 2 「1"| 2 Γ-οοβγ? T =U fT =-U, Tmn+-Uri 3 T_ u; U0 s ref sin 沒 s 3 0 100 3 sin 夸 010 一ir」L_一JL__J 由式(2)确定工作模态U1(K1、U_以及三相桥臂的下功率开关管全开通的时间如下:
5.根据权利要求4所述的基于三模态切换的三相逆变器控制方法，其特征在于:步骤3)具体如下:a)若电压矢量Uraf位于第一扇区时,生成第一切换序列:当前周期开始时工作模态Ultltl处于工作状态，让工作模态U100持续工作Tltltl时间，然后切换至零矢量，零矢量持续T_时间，然后切换至工作模态％1(|，工作模态U_工作T_时间后本周期结束；在第二周期开始后让工作模态U_继续工作至第二周期的T_时间结束，切换至零矢量直至第二周期的Τ_时间结束，最后切换至工作模态U100并工作至第二周期结束； b)若电压矢量Uref位于第二扇区时，生成第二切换序列:当前周期开始时工作模态U_处于工作状态，让工作模态U010持续工作T_时间，然后切换至零矢量，零矢量持续Τ_时间，然后切换至工作模态U.，工作模态U001工作Ttltll时间后本周期结束；在第二周期开始后让工作模态Utltll继续工作至第二周期的Ttltll时间结束，切换至零矢量直至第二周期的τ_时间结束，最后切换至工作模态U010并工作至第二周期结束； c)若电压矢量Uref位于第三扇区时，生成第三切换序列:当前周期开始时工作模态Ucitll处于工作状态，让工作模态U001持续工作Ttltll时间，然后切换至零矢量，零矢量持续τ_时间，然后切换至工作模态U.，工作模态Ultltl工作Tltltl时间后本周期结束；在第二周期开始后让工作模态Ultltl继续工作至第二周期的Tltltl时间结束，切换至零矢量直至第二周期的τ_时间结束，最后切 换至工作模态U001并工作至第二周期结束。
【文档编号】H02M7/5387GK103427699SQ201310352016
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年8月13日 优先权日:2013年8月13日
【发明者】张波, 李湘峰 申请人:华南理工大学