分裂式可变调制波PWM过调制方法技术

本发明专利技术涉及分裂式可变调制波PWM过调制方法，首先构建一分裂式可变调制波，当调制度M＝1时，在正弦调制波上选择两个A、B对称点将正弦调制波分割为主正弦波和侧正弦波两部分，主正弦波为A、B两点间的中间曲线段，侧正弦波为A、B点外侧的曲线段；当调制度M∈[1,4/π]范围内继续增大时，主正弦波幅值保持为1不变并扩大其周期，侧正弦波周期不变并增大其幅值，使分裂式可变调制波与横坐标轴所围的面积随M的增大而继续增加；当调制度M＝4/π时，分裂式可变调制波形趋向方波；将分裂式可变调制波对三角载波进行调制，进而得出三相PWM过调制波。本发明专利技术的过调制方法无需将过调制区划分为两个区间，每个区间又分别采用不同PWM算法，易于微处理器实现，有利于提高PWM计算的实时性与精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电机电器与电力电子学领域，特别是一种分裂式可变调制波PWM过调制方法。
技术介绍
PWM过调制技术是指直流母线电压利用率最大化，其最大输出达到方波模式的一种PWM技术。目前研究较多的PWM过调制技术为SVPWM(Space Vector PWM空间电压矢量脉宽调制)过调制技术。整个SVPWM的调制范围分为线性区与过调制区，相应PWM算法分述如下。1、线性区：SVPWM通过6个基本空间电压矢量将矢量空间划分为6个扇区，如图1所示。基本矢量标号以abc为序，1代表该相上桥臂开通，0代表该相下桥臂开通。Uref代表输出参考电压矢量，θ为矢量旋转角。在每个开关周期Ts内，用所在扇区包含的两个基本空间电压矢量Ux、Ux±1与零矢量U7、U8的线性组合去逼近待输出的Uref，即UrefTs＝UxT1+Ux±1T2+U7T0+U8T0    (1) (1)式中Ts＝T1+T2+2T0，T1为Ux的作用时间，T2为Ux±1的作用时间，T0为零矢量U7、U8的作用时间。Ud为直流母 线电压。根据每次只切换一个开关状态的原则，对每一扇区包含的两个基本空间电压矢量，确定矢量标号中含有1个“1”的矢量为Ux，含有2个“1”的矢量为Ux±1。应用正弦定理得出各扇区空间电压矢量作用时间T1、T2如表1所示。表1各扇区基本矢量作用时间注： W = 3 U ref / U d . ]]>(2)当输出参考矢量Uref处于线性区时，其矢量末端旋转轨迹处于图1所示正六边形内接圆区域内，即调制度  M = π U ref 2 U d ≤ 0.907 . ]]>2、过调制区：当调制度M＞0.907时，SVPWM进入过调制区。根据调制度M的变化范围，又将过调制区分为两个子区。(1)过调制Ⅰ区(0.907≤M＜0.952)实际输出空间矢量轨迹位于基本空间电压矢量所构成的正六边形边界与内接圆之间，如图2所示。图中粗实线部分即为实际空间矢量在每个扇区的轨迹，该轨迹的一部分为正六边形边界，另一部分为连接该边界两端的圆弧即补偿区。过调制Ⅰ区的PWM算法主要步骤为：1、根据调制度M查表确定补偿角αr；2、在补偿区外的输出空间矢量按比例收缩，使矢量末端旋转轨迹落在正六边形边界上。其余算法步骤与线性区一致。(2)过调制Ⅱ区(0.952≤M≤1)PWM算法主要有查表确定与调制度M对应的保持角αh即输出空间矢量在正六边形顶点的停留时间以及非停留区的矢量收缩等，其余算法步骤与线性区一致。当M为1即保持角αh达到时，PWM输出方波。现有SVPWM过调制技术的缺点是算法复杂，主要表现在以下几方面：1、将过调制区划分为算法不同的两个区，即过调制Ⅰ区和Ⅱ区。因此，在计算PWM之前，应根据调制度M值判别处于何种过调制区间，进而选择不同PWM算法；2、无论过调制Ⅰ区还是Ⅱ区，其算法还要通过查表(根据M值)确定补偿角(对过调制Ⅰ区而言)或保持角(对过调制Ⅱ区而言)，进而划分每个扇区为两个子区间，又分别适用不同PWM算法；3、算法需要确定空间矢量所在扇区号；4、算法涉及除法运算。上述算法内容使SVPWM过调制技术构成颇为复杂。当采用DSP器件予以实现时，其PWM计算程序的编程难度加大，程序结构复杂，需占用更多的处理器资源及CPU运行时间，对运算时实性及运算精度不利。PWM算法应力求简单，这是评估其优劣的一个重要指标。为此，本案另辟思路，提出一种基于“分裂式可变调制波”的PWM过调制新技术。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种分裂式可变调制波，过调制方法无需像SVPWM那样需要将过调制区划分为两个区间，各经历不同算法的复杂步骤，因此易于微处理器实现，利于提高PWM计算的实时性与精度。本专利技术采用以下方法实现：一种分裂式可变调制波PWM过调制方法，其特征在于：首先构建一分裂式可变调制波，具体为：当调制度M＝1时，正弦调制波的幅值达到最大值，在所述正弦调制波上选择两个A、B对称点将所述正弦调制波分割为主正弦波和侧正弦波两部分，所述主正弦波为A、B两点间的中间曲线段，所述侧正弦波为A、B点外侧的曲线段；当调制度M∈[1,4/π]范围内继续增大时，主正弦波幅值保持为1不变并扩大其周期，侧正弦波周期不变并增大其幅值，使所述分裂式可变调制波与坐标横轴所围的面积随M的增大而继续增加；当调制度M＝4/π时，所述分裂式可变调制波形趋向方波；将所述分裂式可变调制波对三角载波进行调制，然后采用基于三相载波的PWM算法获得PWM过调制波；所述分裂式可变调制波的数学描述如下： U r = U m sin ωt , 0 ≤ ωt α , π - α ωt π + α 2 π - a ωt ≤ 2 π sin ( π - 2 θ π ω本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分裂式可变调制波PWM过调制方法，其特征在于：首先构建一分裂式可变调制波，具体为：当调制度M＝1时，正弦调制波的幅值达到最大值，在所述正弦调制波上选择两个A、B对称点将所述正弦调制波分割为主正弦波和侧正弦波两部分，所述主正弦波为A、B两点间的中间曲线段，所述侧正弦波为A、B点外侧的曲线段；当调制度M∈[1,4/π]范围内继续增大时，主正弦波幅值保持为1不变并扩大其周期，侧正弦波周期不变并增大其幅值，使所述分裂式可变调制波与坐标横轴所围的面积随M的增大而继续增加；当调制度M＝4/π时，所述分裂式可变调制波形趋向方波；将所述分裂式可变调制波对三角载波进行调制，然后采用基于三相载波的PWM算法获得PWM过调制波；所述分裂式可变调制波的数学描述如下：式中，Um为侧正弦波幅值，α为主正弦波与侧正弦波的分界角，β为α的初始角，0＜β≤π/2，θ为主正弦波周期扩张角，0≤θ≤π/2；其中α、β、θ三者关系满足

【技术特征摘要】
1.一种分裂式可变调制波PWM过调制方法，其特征在于：首先构建一分裂式可变调制波，具体为：当调制度M＝1时，正弦调制波的幅值达到最大值，在所述正弦调制波上选择两个A、B对称点将所述正弦调制波分割为主正弦波和侧正弦波两部分，所述主正弦波为A、B两点间的中间曲线段，所述侧正弦波为A、B点外侧的曲线段；当调制度M∈[1,4/π]范围内继续增大时，主正弦波幅值保持为1不变并扩大其周期，侧正弦波周期不变并增大其幅值，使所述分裂式可变调制波与坐标横轴所围的面积随M的增大而继续增加；当调制度M＝4/π时，所述分裂式可变调制波形趋向方波；将所述分裂式可变调制波对三角载波进行调制，然后采用基于三相载波的PWM算法获得PWM过调制波；所述分裂式可变调制波的数学描述如下：
式中，Um为侧正弦波幅值，α为主正弦波与侧正弦波的分界角，β为α的初始角，0＜β≤π/2，θ为主正弦波周期扩张角，0≤θ≤π/2；其中α、β、θ三者关系满足2.根据权利要求1所述的一种分裂式可变调制波PWM过调制方法，其特征在于：所述对三角载波进行调制的具体方法为：
首先定义调制度M为
式中U1为线电压基波幅值，Udc为直流母线电压；
根据调制度M的变化范围，PWM分两个调制区：
当M∈[0,1]时，PWM处于线性区；调制波为幅值正比于M变化的正弦波，则PWM算法与现有SPWM一致，即
其中0≤ωt≤2π，当时，PWM处于过调制区，相应的PWM脉冲计算公式如下式所示：
式中ton与toff分别为半载波周期内的脉宽时间与间歇时间,载波周期值,为载波比，ω＝2πf为调制波角频率；t为载波峰顶或谷底采样时刻。
3.根据权利要求1所述的一种分裂式可变调制波PWM过调制方法，其特征在于：所述基于三相载波的PWM算法由DSP器件的实时计算 予以实现，具体步骤如下：
步骤S1：将三相逆变主电路各相桥臂开关IGBT的控制极分别通过一驱动电路连接到DSP器件的六个引脚，所述六个引脚分别为PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6；
步骤S2：由DSP的事件管理器EVA中的比较寄存器CMPR1、CMPR2、CMPR3分别控制a相、b相、c相桥臂的PWM输出；
步骤S3：设置DSP的定时器T1为增减计...

【专利技术属性】
技术研发人员：王榕生，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35