三相电机两相空间电压矢量控制电路及控制方法技术

本发明专利技术属于交直交变频器技术领域，具体公开了一种三相电机两相空间电压矢量控制电路及其控制方法。本发明专利技术采用两相独立滤波逆变，将电源和负载的参考相进行直连并连接至两组变频电路母线电容的中点，提出以电压八矢量进行空间电压调制，在降低变频器成本的同时，完成在两相控制下对电动机的正常变频调速。减少了转矩脉动，减少了功率开关器件，有着更少的元件故障，极大地降低了生产成本和维护成本。极大地降低了生产成本和维护成本。极大地降低了生产成本和维护成本。

【技术实现步骤摘要】
三相电机两相空间电压矢量控制电路及控制方法


[0001]本专利技术涉及一种三相交直交变频装置，其为一种三相电机两相空间电压矢量控制电路及控制方法。

技术介绍

[0002]目前，传统的电压源型交直交三相六开关变频器已经广泛应用在三相异步电动机的调速过程中，利用IGBT的特点传统拓扑结构能够满足大部分情况下的调速要求。基于此经典拓扑结构，进一步衍生出了减少IGBT的使用数量的三相四开关拓扑结构。因为仍然以电压源型逆变作为基本结构，三相四开关的调速方法可以由常规的控制策略改进得到。此技术最大的特点就是对定子磁链和转矩直接进行控制，二者互不干扰，这样就省去了电流闭环部分，因此能得到更好的动态性能。尤其在大功率机组中，若是对定子磁链进行六边形控制，由于机组的惯性势能较大，可以减少开关切换次数，进而减少元件的损耗。
[0003]当把负载的一相连接至母线电源中点，形成四开关逆变的拓扑结构时，母线供电电压减少了一半，不同的控制方法都受到了较大影响，这也是四开关逆变主要作为容错、短时应对策略的主要原因。正弦脉宽调制过程中直流电源电压的降低使得输出交流电有效值减少为原来的1/2；在空间电压矢量脉宽调制过程中：（1）由于开关管数量减少，三相四开关逆变器只能输出四个相位依次相差90
°
的基本电压矢量，对比传统六开关运行方式，空间电压矢量扇区由六个减少为四个，缺少零电压矢量，电压矢量的幅值不对称，在逆变过程中电压向量的切换不够平滑，逆变的输出不如六开关精细，导致电机转矩脉动较大；2）输出电压矢量的幅值降为原本的1/2，导致电机输出转矩急剧减少，带载能力降低，因此四开关调速的性能较传统的变频器下降较大。因此传统四开关逆变控制可以有效减少全控器件的使用，但仅能够作为六开关逆变发生故障时的应对方法，为了完善四开关逆变技术，将两相变频控制应用于电动机的正常调速，进而研究了本专利—基于晶闸管和IGBT混合的三相电机两相变频控制电路。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种三相电机两相空间电压矢量控制电路及方法，针对采用四开关控制的三相异步电机控制中的转矩脉动大的问题，基于八个矢量可以更好的减少四开关三相异步电机的转矩脉动。
[0005]本专利技术具体技术方案为：三相电机两相空间电压矢量控制电路，其特征在于，包括三相电源、整流电路、直流母线电路、逆变电路和三相异步电机，所述三相电源、整流电路、直流母线电路、逆变电路和三相异步电机依次连接，所述直流母线电路的输出端分别与逆变电路的输入端连接，所述直流母线电路的电容中点与三相异步电机的W相连接，所述逆变电路的输出端与三相异步电机的U、V两相连接。
[0006]所述整流电路为二极管不控整流电路,即现有技术中由六个二极管组成的整流电
路。
[0007]所述直流母线电路包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1、第二电容C2串联，所述第一电容C1和第二电容C2的中点与三相异步电机的W相连接。
[0008]所述逆变电路包括U相逆变电路和V相逆变电路；所述U相逆变电路包括第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2、IGBT1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第三电容C3；所述第一晶闸管VT1的阴极分别与IGBT1的集电极、第一二极管D1的阳极连接，所述第一晶闸管VT1的阳极与第一二极管D1的阴极连接；所述第二晶闸管VT2的阳极分别与IGBT1的发射极、第二二极管D2的阴极连接，所述第二晶闸管VT2的阴极与第二二极管D2的阳极连接；所述IGBT1的集电极和发射极之间并联有第三电容C3,所述IGBT1的集电极和发射极之间还并联有正向串联的第三二极管D3、第四二极管D4;所述三相异步电机的U相接在第三二极管D3、第四二极管D4之间。
[0009]所述V相逆变电路，包括第三晶闸管VT3、第四晶闸管VT4、IGBT2、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8和第四电容C4；所述第三晶闸管VT3的阴极分别与IGBT2的集电极、第五二极管D5的阳极连接，所述第三晶闸管VT3的阳极与第五二极管D5的阴极连接；所述第四晶闸管VT4的阳极分别与IGBT2的发射极、第六二极管D6的阴极连接，所述第四晶闸管VT4的阴极与第六二极管D6的阳极连接；所述IGBT2的集电极和发射极之间并联有第四电容C4, 所述IGBT2的集电极和发射极之间还并联有正向串联的第七二极管D7、第八二极管D8；所述三相异步电机的V相接在第七二极管D7、第八二极管D8之间。
[0010]基于上述三相电机两相空间电压矢量控制电路，本专利技术给出了上述控制电路的控制方法，该方法为：在起动过程前，规定逆时针为正转，三相异步电机的霍尔传感器会对电机的转子位置进行检测，根据转子位置，选择对应的电压矢量进行控制，实现开关器件不同的导通状态。
[0011]具体方法为：建立α
‑
β坐标系，定义三相异步电机的A相电压矢量在90
°
方向，B相电压矢量在
‑
150
°
方向，C相电压矢量在
‑
30
°
方向，则所有可能的导通状态的电压矢量为八个，分别定义为电压矢量U1、电压矢量U2、电压矢量U3、电压矢量U4、电压矢量U5、电压矢量U6、电压矢量U7、电压矢量U8，其中定义U1为IGBT2和第四晶闸管VT4同时导通时的电压矢量；定义U2为IGBT1和第一晶闸管VT1及IGBT2和第四晶闸管VT4同时导通时的电压矢量；定义U3为IGBT1和第一晶闸管VT1同时导通时的电压矢量；定义U4为IGBT1和第一晶闸管VT1及IGBT2和第三晶闸管VT3同时导通时的电压矢量；定义U5为IGBT2和第三晶闸管VT3同时导通时的电压矢量；定义U6为IGBT1和第二晶闸管VT2及IGBT2和第三晶闸管VT3同时导通时的电压矢量；定义U7为IGBT1和第二晶闸管VT2同时导通时的电压矢量；定义U8为IGBT1和第二晶闸管VT2及IGBT2和第四晶闸管VT4同时导通时的电压矢量；将第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2、第三晶闸管VT3、第四晶闸管VT4的状态记为四
位编码（abcd），a、b、c、d依次对应第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2、第三晶闸管VT3、第四晶闸管VT4，取值1代表对应晶闸管为导通状态，取值0代表对应晶闸管为阻断状态，则上述电压矢量U1、电压矢量U2、电压矢量U3、电压矢量U4、电压矢量U5、电压矢量U6、电压矢量U7、电压矢量U8依次为U1（0001）、U2（1001）、U3（1000）、U4（1010）、U5（0010）、U6（0110）、U7（0100）、U8（0101）。
[0012]当检测到转子的位置在300
°
~0
°
之间的位置时，选择电压矢量U1；当检测到转子的位置在0
°
~30
°
之间的位置时，选择电压矢量U2；当检测到转子的位置在30
°
~90...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.三相电机两相空间电压矢量控制电路，其特征在于，包括三相电源、整流电路、直流母线电路、逆变电路和三相异步电机，所述三相电源、整流电路、直流母线电路、逆变电路和三相异步电机依次连接，所述直流母线电路的输出端分别与逆变电路的输入端连接，所述直流母线电路的电容中点与三相异步电机的W相连接，所述逆变电路的输出端与三相异步电机的U、V两相连接。2.根据权利要求所述1的三相电机两相空间电压矢量控制电路，其特征在于：所述整流电路为二极管不控整流电路,即由六个二极管组成的整流电路。3.根据权利要求所述1的三相电机两相空间电压矢量控制电路，其特征在于：所述直流母线电路包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1、第二电容C2串联，所述第一电容C1和第二电容C2的中点与三相异步电机的W相连接。4.根据权利要求1所述的三相电机两相空间电压矢量控制电路，其特征在于：所述逆变电路包括U相逆变电路和V相逆变电路；所述U相逆变电路包括第一晶闸管VT1、第二晶闸管VT2、IGBT1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第三电容C3；所述第一晶闸管VT1的阴极分别与IGBT1的集电极、第一二极管D1的阳极连接，所述第一晶闸管VT1的阳极与第一二极管D1的阴极连接，所述第二晶闸管VT2的阳极分别与IGBT1的发射极、第二二极管D2的阴极连接，所述第二晶闸管VT2的阴极与第二二极管D2的阳极连接，所述IGBT1的集电极和发射极之间并联有第三电容C3,所述三相异步电机的U相接在第三二极管D3、第四二极管D4之间，所述V相逆变电路，包括第三晶闸管VT3、第四晶闸管VT4、IGBT2、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8和第四电容C4,所述第三晶闸管VT3的阴极分别与IGBT2的集电极、第五二极管D5的阳极连接，所述第三晶闸管VT3的阳极与第五二极管D5的阴极连接，所述第四晶闸管VT4的阳极分别与IGBT2的发射极、第六二极管D6的阴极连接，所述第四晶闸管VT4的阴极与第六二极管D6的阳极连接，所述IGBT2的集电极和发射极之间并联有第四电容C4,所述三相异步电机的V相接在第七二极管D7、第八二极管D8之间。5.一种如权利要求4所述的三相电机两相空间电压矢量控制电路的控制方法，其特征在于，该方法为：在起动过程前，规定逆时针为正转，三相异步电机的霍尔传感器会对电机的转子位置进行检测，根据转子位置，选择对应的电压矢量进行控制，实现开关器件不同的导通状态。6.根据权利要求5所述的三相电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢仕宏，梁荣茂，梁力，杨智浩，高鑫，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：