一种抑制五相逆变器共模电压的空间矢量调制方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制五相逆变器共模电压的空间矢量调制方法，包括以下步骤：判断目标合成电压矢量的空间扇区位置k(k＝1,2,3….10)；每个控制周期T

【技术实现步骤摘要】
一种抑制五相逆变器共模电压的空间矢量调制方法
本专利技术涉及电力电子与电力传动领域中多相电机交流控制系统(包含五相逆变器、五相永磁同步电机)设计与制造领域，具体涉及一种抑制五相逆变器共模电压的空间矢量调制方法。
技术介绍
变频调速系统具有：功率因数高、调速范围宽、启动转矩大、改善交流电机系统的动态性能，提高电机的效率等优点，因此变频调速技术在工业中得到了广泛的应用。电力电子变频器是交流变频调速系统的主要设备。此外，多相变频系统电压受限制的场合能够提供更大的功率，且容错性能好，可靠性高，得到了日益广泛的关注和研究。变频调速技术虽然实现了节能减排的目的，但是，在电机系统中由于变频器输出的对地电压之和不恒等于零，因此在电机的定子绕组中产生了交变的共模电压。由于电机定、转子之间和电机外壳之间存在寄生电容，在共模电压的作用下，会在电机轴上形成电荷的累积。电机轴上使用绝缘的润滑剂，因此电机轴内外层没有电气连接，当电荷累积到一定程度，会击穿绝缘的润滑剂，产生轴电流和漏电流，形成共模电磁干扰。共模电磁干扰会引起接地保护电流继电器误动作，并且影响该系统上其它用电设备的正常工作。另一方面，共模电压过大，会使电机的轴电压、轴电流过大，引起电机发热，加速电机轴承老化，降低电机寿命，并损害电机。如果电机未接地或者接地不良就会发生电击事件。电机轴损坏占电机总损坏的40％左右，而其中25％的轴损坏时由脉宽调制(pulsewidthmodulation，PWM)逆变器供电引起。目前关于五相永磁同步电机的空间矢量脉宽调制算法中，线性调制区内主要有两种算法：基于临近最大两矢量的调制算法以及基于最近四矢量的调制算法。前者只是传统三相调速系统空间矢量调制算法的简单推广；后者则是结合了五相驱动系统的自身特点，主要是为了消除电机相电流特有的低次谐波(主要指三次谐波)，在五相调制系统中得到了广泛的应用。其采用的原理就是在基波空间满足电压矢量的合成，同时保证谐波空间的平均电压矢量为零，以此达到消除谐波电流的目的。这两种控制算法都不可避免的采用了中矢量，都将会产生较大的共模电压。逆变器共模电压的抑制方法可分为主动抑制和被动抑制。被动抑制包括采用共模电感、共模抑制变压器、共模滤波器以及共模扼流线圈等，这些方法均需要增加硬件成本；主动抑制主要从逆变器的控制算法入手抑制共模电压，强调通过修改调制算法达到抑制共模电压的目的，无需额外的硬件。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种抑制五相逆变器共模电压的空间矢量调制方法，一方面获得高正弦度的相电流，另一方面达到抑制共模电压的目的，且保证易于数字实现，降低程序设计的难度，且开关损耗不会增加。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种抑制五相逆变器共模电压的空间矢量调制方法，包括以下步骤：步骤1：判断目标合成电压矢量的空间扇区位置k(k＝1,2,3….10)；步骤2：每个控制周期Ts内，计算与目标电压矢量Uref所在k扇区临近的四个电压矢量ULk、UMk、UL(k+1)以及UM(k+1)的作用时间TLk、TMk、TL(k+1)以及TM(k+1)；步骤3：依照基于“两个大矢量+两个中矢量”的空间矢量调制方法确定作用的对称模式脉冲序列，得到每个扇区内每相桥臂驱动脉冲的高电平持续作用时间；步骤4：在保证每相桥臂驱动脉冲的高电平持续作用时间不变的原则下，对每个扇区内每相桥臂驱动脉冲的作用序列进行重新排列组合：即保证最终的五相桥臂作用开关状态的组合仅包含大矢量或小矢量，保持脉冲序列为对称模式。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、不增加原有调制方法的开关频率的条件下能够显著抑制共模电压。2、电流正弦度高，性能优越。3、脉冲驱动信号符合标准空间矢量调制方法的要求，因此易于数字实现。4、本专利技术基于五相电压源逆变器进行分析，其同样可以扩展应用于其他多相变频驱动系统。附图说明图1是五相电压源逆变器在d1-q1坐标下的空间电压矢量分布图。图2是五相电压源逆变器在d3-q3坐标下的空间电压矢量分布图。图3是在d1-q1坐标下，四矢量调制空间矢量合成示意图(以第一扇区为例)。图4是在d3-q3坐标下，四矢量调制空间矢量合成示意图(以第一扇区为例)。图5是采用传统四矢量调制的各扇区内脉冲合成序列(以第一扇区为例)。图6是改进后本专利技术的各扇区内脉冲合成序列(以第一扇区为例)。图7是本专利技术中逆变器输出的相电流波形。图8是本专利技术中逆变器输出的FFT分析。图9是传统四矢量调制算法对应的逆变器输出共模电压。图10是本专利技术所提出的空间矢量调制算法对应的逆变器输出共模电压。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术方法在保证传统算法开关频率不变的情况下显著抑制逆变器的共模电压，且电流正弦度较高。五相电机系统包含有4个自由度和零序分量。电机正常运行状态下，根据扩展的派克旋转变换式将自然坐标系下的对称物理量分别映射到d1-q1和d3-q3两个正交的坐标系下。d1-q1坐标系下的大、中、小电压矢量幅值分别为0.6472Udc、0.4Udc、0.2472Udc，同方向上相邻电压矢量的幅值比为1.618。Udc表示逆变器直流侧母线电压。五相逆变器共有32个电压矢量，其对应的开关状态以及共模电压如表1所示。表1电压矢量组分类五相电压源逆变器的空间电压矢量的分布规律如下：1)d1-q1坐标系下大矢量与d3-q3坐标系下小矢量一一映射；2)d1-q1坐标系下具有相同指向的大、中、小电压矢量(例如，U1，U11，U21)，在d3-q3坐标系下，中矢量(U11)则会与大(U1)、小(U21)矢量指向相反。对于五相电压源逆变器，其输出的共模电压大小计算为：式中UCM即表示共模电压。Si(i＝a,b,c,d,e)依次表示逆变器各桥臂的开关状态，当上桥臂导通时，Si＝1；下桥臂导通时，Si＝0，且上桥臂与下桥臂不能同时导通。通过对五相逆变器的空间电压矢量的特点分析可知，逆变器共模电压的来源主要是采用了零电压矢量以及中电压矢量。根据式可知零矢量以及中矢量具有较大的共模电压，而大矢量和小矢量将输出幅值较小的共模电压。基于此原理，可用大矢量或小矢量代替传统调制算法中的中矢量和零矢量的作用效果来达到抑制共模电压的目的。具体实施步骤如下：步骤1：判断目标合成电压矢量的空间扇区位置k(k＝1,2,3….10)。步骤2：每个控制周期Ts内，采用传统四矢量调制方法计算与目标电压矢量Uref所在k扇区临近的四个电压矢量ULk,UMk,UL(k+1)以及UM(k+1)的作用时间TLk,TMk,TL(k+1)以及TM(k+1)。步骤3：依照传统基于四矢量(两个大矢量+两个中矢量)的空间矢量调制算法确定作用的对称模式脉冲序列(高电平位于中间)；得到每个扇区内每相桥臂驱动脉冲的高电平持续作用时间。步骤4：在保证每相桥臂驱动脉冲的高电平持续作用时间不变的原则下，对每个扇区内每相桥臂驱动脉冲的作用序列进行重新排列组合：即保证最终的五相桥臂驱动脉冲作用序列的组合不构成中矢量，而仅包含大矢量或小矢量，同时保持脉冲序列仍为对称模式(此时不局限于高电平位于中间)。在本专利技术中，将自然坐标系下的对称物理量分别映射到d1-q1和d3-q3两个正交子空间中，每个空间均被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制五相逆变器共模电压的空间矢量调制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：判断目标合成电压矢量的空间扇区位置k(k＝1,2,3….10)；步骤2：每个控制周期T

【技术特征摘要】
1.一种抑制五相逆变器共模电压的空间矢量调制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：判断目标合成电压矢量的空间扇区位置k(k＝1,2,3….10)；步骤2：每个控制周期Ts内，计算与目标电压矢量Uref所在k扇区临近的四个电压矢量ULk、UMk、UL(k+1)以及UM(k+1)的作用时间TLk、TMk、TL(k+1)以及TM(k+1)；

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文胜，薛诚，武雪松，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51