一种逆变控制方法转让专利
申请号 : CN201911179162.5
文献号 : CN110855201B
文献日 : 2021-05-14
发明人 : 张长安 , 盛晨媛
申请人 : 泓芯泰业科技(北京)有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种逆变控制方法,应用于三相逆变器,该方法包括:将三相逆变器各开关元件在逆变控制中的不同通断状态各编译为数字代码,每个所述数字代码依次包括第一部分、第二部分、第三部分和第四部分,其中所述第一部分、第二部分和第三部分分别对应于三相逆变器的U相、V相和W相开关元件组的通断状态,所述第四部分与所述第二部分相同,每个数字代码的第一部分和第二部分共同构成该数字代码的半个字节、第三部分和第四部分共同构成该数字代码的另半个字节;
将所述数字代码按照预定控制规则排列,形成第一数字代码序列,并将第一数字代码序列中的每个数字代码的所述半个字节与所述另半个字节互换,形成第二数字代码序列;
在第一工作模式下,使用第一数字代码序列中每个数字代码的第一部分、第二部分和第三部分分别对三相逆变器的U相、V相和W相开关元件组进行通断控制;在第二工作模式下,使用第二数字代码序列中每个数字代码的第一部分、第二部分和第三部分分别对三相逆变器的U相、V相和W相开关元件组进行通断控制。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述预定控制规则包括,将所述数字代码按照与目标调制波形上的一个周期内的预定的状态变化点依次对应的方式排列,形成第一数字代码序列。
3.如权利要求2所述的方法,其中,将所述数字代码按照与目标调制波形上的一个周期内的预定的状态变化点依次对应的方式排列,形成:其中,j=1,2,…,(2n‑6)/4,n为预定的开关角个数,将该排列(1)的数字代码展开后整体每行有对应一个扇区的2n+1个数字代码,将这些数字代码逐行按照从左到右的顺序排列形成第一数字代码序列,并通过将第一数字代码序列中的每个数字代码的前半字节和后半字节互换形成第二数字代码序列。
4.如权利要求3所述的方法,还包括:根据给定的调制度,使用谐波消除方程组计算对应的n个开关角,并根据所述n个开关角,分别求出U相、V相和W相的开关角;
将三相开关角的每相取前60度域内的开关角并一同按从小到大排列,从排列结果中取前n+1个开关角;
根据所述n+1个开关角和目标调制波形的频率计算出n+1个持续时间t1,t2,…,tn,tn+1,并将这n+1个持续时间按照t1,t2,…,tn‑1,tn,tn+1,tn,tn‑1,…,t2,t1的顺序依次分配给第一/第二数字代码序列中的与每个扇区对应的2n+1个数字代码。
5.如权利要求2‑4中任一项所述的方法,其中,第一数字代码序列中在每对相邻的数字代码之间均设置有死区控制代码,用于在预设的持续时间Δt内控制与每对相邻的数字代码之间的变化部分对应的开关元件组进行关断。
6.如权利要求5所述的方法,其中,在第一数字代码序列中,当相邻的一对数字代码对应的一对状态变化点之间的时间间隔小于或等于Δt时,从第一数字代码序列中删除该对相邻的数字代码中的前一数字代码,或者取与该前一数字代码相邻的数字代码的持续时间的一部分补偿给该前一数字代码的持续时间。
7.如权利要求1所述的方法,其中,所述预定控制规则包括,将所述数字代码按照电压空间矢量组合方式排列生成第一数字代码序列,第一数字代码序列依次包括分别对应于6个空间矢量扇区的6组数字代码。
8.如权利要求7所述的方法,其中,所述电压空间矢量组合包括:其中,j=(2n‑6)/4,n为预定的开关角个数,U0‑U7分别为电压空间矢量U0[000]、U1[001]、U2[010]、U3[011]、U4[100]、U5[101]、U6[110]、U7[111];该排列(4.1)的电压空间矢量对应的数字代码整体按照从左到右、从上到下的顺序形成第一数字代码序列。
9.如权利要求8所述的方法,其中,在目标调制波形的载频比高于预定值期间,对应第一工作模式的电压空间矢量组合为:对应第二工作模式的电压空间矢量组合为:
10.如权利要求7‑9中任一项所述的方法,其中,在6组数字代码的每组数字代码中,每对相邻的数字代码之间均设置有死区控制代码,用于在预设的持续时间内控制与每对相邻的数字代码之间的变化部分对应的开关元件组进行关断。
11.如权利要求7所述的方法,其中,所述电压空间矢量组合包括七段式或五段式电压空间矢量组合,
在七段式电压空间矢量组合的情况下:对应第一工作模式的电压空间矢量组合为S1 U0 U4 U6 U7 U6 U4 U0S2 U0 U2 U6 U7 U6 U2 U0S3 U0 U2 U3 U7 U3 U2 U0S4 U0 U1 U3 U7 U3 U1 U0S5 U0 U1 U5 U7 U5 U1 U0S6 U0 U4 U5 U7 U5 U4 U0,对应第二工作模式的电压空间矢量组合为S1 U0 U1 U3 U7 U3 U1 U0S2 U0 U2 U3 U7 U3 U2 U0S3 U0 U2 U6 U7 U6 U2 U0S4 U0 U4 U6 U7 U6 U4 U0S5 U0 U4 U5 U7 U5 U4 U0S6 U0 U1 U5 U7 U5 U1 U0;
在五段式电压空间矢量组合的情况下:对应第一工作模式的电压空间矢量组合为S1 U4 U6 U7 U6 U4S2 U6 U2 U0 U2 U6S3 U2 U3 U7 U3 U2S4 U3 U1 U0 U1 U3S5 U1 U5 U7 U5 U1S6 U5 U4 U0 U4 U5,对应第二工作模式的电压空间矢量组合为S1 U1 U3 U7 U3 U1S2 U3U2 U0 U2 U3S3 U2 U6 U7 U6 U2S4 U6 U4 U0 U4 U6S5 U4 U5 U7 U5 U4S6 U5 U1 U0 U1 U5,其中S1‑S6为电压空间矢量的6个扇区。
说明书 :
一种逆变控制方法
技术领域
背景技术
无人机等,例如用于驱动电动汽车/无人机中的电机。
1971年由德国西门子公司的F.Blaschke将矢量控制理论进行了系统化的总结和应用,以专
利的形式发表,奠定了该理论在逆变控制领域的重要地位。直接转矩控制理论是1980年代
中期德国学者Depenbrock和日本学者Takahashi相继提出的,是继矢量控制技术之后发展
起来的一种高动态性能的交流电动机变压变频调速技术。
数字信号处理器(DSP)和实时计算算法程序,其中的具体算法例如各种坐标变换也是国外
学者提出的,我国学者仅仅是对这些理论技术进行学习、跟踪和改良。
可能存在以下不足:
数的变化,都难以自适应优化控制;
挑战,因此电动车的故障率也会因传感器而增加大约10%(由某电动车制造商提供的数
据),目前FOC和DTC很难提供通用可靠的方法解决这一难题;同时,业界的电机控制方案均
为DSP结合实时计算,但商用DSP技术受制于国外,而且即便采用高速DSP结合实时计算方
法,在高速(高频)或高变化率(速度或频率变化快,加速度大)场合仍无法去掉电机内的传
感器。
发明内容
代码依次包括对应U相、V相和W相开关元件组的通断状态的第一部分、第二部分和第三部
分;将所述数字代码按照预定控制规则排列,形成第一数字代码序列,并将第一数字代码序
列中的每个数字代码的第一部分、第二部分和第三部分中的约定的两个部分互换,形成第
二数字代码序列;在第一工作模式下,使用第一数字代码序列对三相逆变器的各开关元件
进行通断控制,在第二工作模式下,使用第二数字代码序列对三相逆变器的各开关元件进
行通断控制。
附图说明
具体实施方式
逆变器驱动电机的过程中。
分和第三部分;
到上、从左到右的顺序依次命名为b0、b1、b2、b3、b4、b5,同时将开关元件的“开”状态定义为
1,将开关元件的“关”状态定义为0。三相逆变器的六个开关元件在逆变工作过程中呈现的
开关状态组合以及每个组合对应的数字代码b5b4b3b2b1b0的值如下表1所示。
关 开 关 开 关 开 010101
关 开 关 开 开 关 010110
开 关 关 开 关 开 100101
开 关 关 开 开 关 100110
关 开 开 关 关 开 011001
关 开 开 关 开 关 011010
开 关 开 关 关 开 101001
开 关 开 关 开 关 101010
将与各个状态变化点对应的数字代码进行排列,形成第一数字代码序列,同时计算每对相
邻的状态变化点之间的时间间隔作为与各数字代码对应的开关元件状态持续时间(下文称
为开关持续时间)。
中的任意两个部分互换,例如,将第一数字代码序列中每个数字代码的第一部分b1b0和第
二部分b3b2互换,或者将第一数字代码序列中每个数字代码的第二部分b3b2和第三部分
b5b4互换,又或者将第一数字代码序列中每个数字代码的第一部分b1b0和第三部分b5b4互
换。第二数字代码序列中每个数字代码对应的开关持续时间可以与第一数字代码序列中相
应的数字代码对应的开关持续时间相同。
处理阶段。在本发明另一些实施例中,也可以在形成第一数字代码序列后,将第一数字代码
序列预置为三相逆变器的控制代码序列,完成预处理阶段。
相逆变器也具有输出用于使得电机正转的驱动电力的第一工作模式和输出用于使得电机
反转的驱动电力的第二工作模式。在三相逆变器的第一工作模式下,也即电机正转期间,使
用第一数字代码序列和相应的开关持续时间对三相逆变器的各开关元件进行通断控制。在
第二工作模式下,也即电机反转期间,使用第二数字代码序列和相应的开关持续时间对三
相逆变器的各开关元件进行通断控制。在预处理阶段预置了第一和第二数字代码序列的实
施例中,实际工作阶段在第一工作模式和第二工作模式下分别使用预置的第一数字代码序
列和预置的第二数字代码序列进行控制;在预处理阶段仅预置了第一数字代码序列的实施
例中,实际工作阶段在第一工作模式下使用预置的第一数字代码序列进行控制,在第二工
作模式下,根据第一数字代码序列中的每个数字代码实时地生成第二数字代码序列中的每
个数字代码,使用实时生成的每个数字代码进行控制。
转时扭矩保持一致,实现了电机运转的高度稳定性。同时本发明实施例的方案不需要根据
电机转子的旋转方位实时生成逆变控制命令,因此无需在电机中使用传感器即可实现使用
三相逆变器对电机进行驱动控制。
第二部分、第三部分和第四部分,每个数字代码的第一部分和第二部分共同构成该数字代
码的半个字节,第三部分和第四部分共同构成该数字代码的另半个字节;
上、从左到右的顺序依次命名为b0、b1、b2、b3、b4、b5,同时,与图1A‑1B所示实施例不同的
是,本实施例中还在三相逆变器的等效电路图中增加了一相虚拟桥臂,该虚拟桥臂的开关
状态与V相桥臂的开关状态保持一致,因而将该虚拟桥臂称为“V’相桥臂”,将V’相桥臂置于
W相桥臂之后,并将V’相桥臂中的两个开关从上到下命名为b7和b6。需要说明的是,该虚拟
的V’相桥臂在实际电路中并不存在,本实施例中是为了进行逆变控制而借用了该虚拟桥臂
进行数字编码。同样,将开关元件的“开”状态定义为1,将开关元件的“关”状态定义为0。如
此,图2B中所示的八个开关元件在逆变工作过程中呈现的开关状态组合以及每个组合对应
的数字代码b7b6b5b4b3b2b1b0的值如下表2所示。
关 开 关 开 关 开 关 开 01010101 55
关 开 关 开 关 开 开 关 01010110 56
关 开 开 关 关 开 关 开 01100101 65
关 开 开 关 关 开 开 关 01100110 66
开 关 关 开 开 关 关 开 10011001 99
开 关 关 开 开 关 开 关 10011010 9A
开 关 开 关 开 关 关 开 10101001 A9
开 关 开 关 开 关 开 关 10101010 AA
以及对应V’相开关元件b7和b6的第四部分b7b6。每个数字代码的第一部分b1b0和第二部分
b3b2共同构成该数字代码的半个字节b3b2b1b0,第三部分b5b4和第四部分b7b6共同构成该
数字代码的另半个字节b7b6b5b4。
将与各个状态变化点对应的数字代码进行排列,形成第一数字代码序列,同时计算每对相
邻的状态变化点之间的时间间隔作为与各数字代码对应的开关元件状态持续时间(下文称
为开关持续时间)。
b7b6b5b4和后半个字节b3b2b1b0互换,该转换过程可以在预置阶段进行,也可以在实际工
作阶段实时进行。
使用预置的第一和第二数字代码序列进行控制。本实施例中,由于每个数字代码中包括对
应于V’相虚拟桥臂开关元件通断状态的第四编码部分,而V’相桥臂在三相逆变器中实际并
不存在,因此,在使用第一/第二数字代码序列在第一/第二工作模式下对三相逆变器各开
关元件进行实际的通断控制时,根据第一/第二数字代码序列中每个数字代码的第一、第
二、第三部分分别对U相、V相和W相开关元件组进行通断控制,忽略每个数字代码中的第四
部分。
反转的控制用数字代码序列,同时也能够实现在电机正转和反转时三相逆变器的调制度保
持一致,从而在电机正转和反转时扭矩保持一致,实现电机运转的高度稳定性。
形成第一数字代码序列,具体可将目标调制波形上一个完整周期内各状态变化点在时间轴
上的排序,将与各个状态变化点对应的各数字代码依次排列形成第一数字代码序列。确定
目标调制波形上状态变化点的方式例如可包括通过已知的计算机程序进行运算得出不同
的状态变化点组合,在此省略具体说明。
为了简明起见,以下各实施例中的数字代码均采用16进制表示):
S3 65 A9 AA A9 65 55 99 A9 65 55 99 A9 AA A9 99
S4 A9 99 55 99 A9 AA 9A 99 A9 AA 9A 99 55 99 9A
S5 99 9A AA 9A 99 55 56 9A 99 55 56 9A AA 9A 56
S6 9A 56 55 56 9A AA 66 56 9A AA 66 56 55 56 66
55,56,9A,AA,66,56,9A,AA,66,56,55,56,66),第二数字代码序列则可通过将第一数字代
码序列中每个数字代码的前后两部分互换来形成,或者第二数字代码序列也可以通过先将
上式(1.1)或上表3‑1中的数码阵列中的每个数字代码先进行前后半部分互换后再整体按
照从左到右、从上到下的顺序排列形成第二数字代码序列,其形成方式与先形成第一数字
代码序列后进行转换的方式实质是相同的。
S3 65 A9 AA A9 65 55 99 A9 AA A9 99
S4 A9 99 55 99 A9 AA 9A 99 55 99 9A
S5 99 9A AA 9A 99 55 56 9A AA 9A 56
S6 9A 56 55 56 9A AA 66 56 55 56 66
AA,66,56,55,56,66),第二数字代码序列则可通过将第一数字代码序列中每个数字代码的
前后两部分互换来形成。
t2、…、tn‑1、tn、tn+1、tn、tn‑1、…、t2、t1,其中,t1、t2、…tn和tn+1满足6×(2t1+2t2+……+2tn+
tn+1)=T,T为三相逆变器所要输出的正弦波的基波的周期,且该三相逆变器的开关频率为2
(c‑1)/T,c为需要保存的持续时间的个数,c=n+1。
也可表示为类似表3的表格形式):
6。
如下公式:
码阵列(例如上式(1)),并根据给定的调制度m,使用谐波消除方程组(2.1)、(2.2)、(2.3)计
算对应的n个开关角。根据该n个开关角,分别求出U相、V相和W相的开关角,将三相开关角的
每相取前60度域内的开关角并共同按从小到大排列,从排列结果中取前n+1个开关角,根据
该n+1个开关角和目标调制波形的频率计算出n+1个持续时间t,并分配给由上述给定的与
调制度m无关的数字代码阵列得出的第一数字代码序列中的相应的数字代码,以及分配给
由第一数字代码序列转换得到的第二数字代码序列中的相应的数字代码。
前移240°转换得到V相开关角如下:αn‑1‑60°、αn‑60°、120°‑αn、120°‑αn‑1、…、120°‑α1、120°+
α1、120°+α2、…、120°+αn、300°‑αn、300°‑αn‑1、…、300°‑α1;再将上述U相开关角前移120°转换
得到W相开关角如下:60°‑αn、60°‑αn‑1、…、60°‑α1、60°+α1、60°+α2、…、60°+αn、240°‑αn、
240°‑αn‑1、…、240°‑α1、240°+α1、240°+α2、…、240°+αn。
+1个持续时间t1、t2、…、tn、tn+1:
α4=25.58,α5=33.23,α6=38.03,α7=45.23,α8=62.64,α9=69.61。
57.57),取该数列的前n+1个也即前10个开关角:(2.43,2.64,9.61,13.07,14.78,21.36,
21.97,25.58,26.78,33.23),再设定三相逆变器要输出的正弦波的频率为100Hz,则周期T
为10000μs,根据上式(3)可计算出10个持续时间t1‑t10分别为:67.6,5.8,193.6,96.0,
47.5,182.8,17.1,100.3,33.1,179.2。
到下表4中的配有持续时间的数字代码阵列:
行对三相逆变器各开关元件的通断控制,即可输出调制度为0.5并且消除了前28次谐波的
三相正弦波。类似地,通过将该第一数字代码序列中的每个数字代码的前后半部分互换即
可得到第二数字代码序列,用于控制三相逆变器输出使电机反转的电力。
60Hz,400Hz,500Hz,1000Hz)的三相逆变芯片,并在不同行业得到了应用和客户认可。其中,
14引脚三相50Hz/60Hz芯片HT3156IA可应用于互动式UPS或EPS中,调制度为0.58~1.13,消
除谐波次数为2‑250次/50Hz、2‑214次/60Hz,输出基波电压稳压精度<2%,频率精度<
0.1%,且具有软启动、过流、过压、欠压、故障关断等保护功能;14引脚三相400Hz芯片
HT3400M调制度为0.7~1.145,消除谐波次数在0.7~0.9调制度下为2~70次、在0.905~
1.025调制度下为2~58次、在1.03~1.145调制度下为2~46次,输出电压调整率<1%,输出
频率精度<0.1%,且具有软启动/变频启动选择、电流检测、故障控制、正反转选择等功能。
尤其要说明的是以下两款变频芯片HT33400YM和HT33800SM,其输出基波频率分别是3Hz‑
400Hz和3Hz‑800Hz,调制度为0.05‑1.17,这两款芯片的共同特点是将上述的HEDM技术集成
于仅28引脚的芯片内,实现了4极异步电机无速度传感器和8极永磁同步电机无位置传感器
自适应控制;这两款芯片输出的正弦波总数(同一频率不同调制度,同一调制度不同频率)
均超过1万个,且20Hz之后的基波频率均消除了10KHz以内的谐波频率,大大地减少了电机
的谐波发热,适用于任何一款4极异步/8极永磁同步变频电机,而与驱动控制的电机参数及
该参数的变化无关,无论所驱动的电动汽车处于加速、减速、巡航或启动过程中,均可通过
自适应控制使其处于最优驱动状态。特别是芯片HT33400YM已经应用于电动汽车,芯片
33800SM已在电动汽车仿真测试平台进行设计验证。
间的变化部分对应的开关元件组进行关断。相邻的数字代码之间的变化部分存在两种情
况,一种情况是U、V、W三个桥臂中有一个桥臂的开关状态发生变化,另一种情况是U、V、W三
个桥臂中有两个桥臂的开关状态发生变化。
态发生变化的相邻数字代码关系可见下表5‑1,三相桥臂中两个桥臂的开关状态发生变化
的相邻数字代码关系可见下表5‑2:
态,以确保同一桥臂的两个开关元件不会同时导通。本实施例通过在两个相邻的数字代码
之间加入死区控制代码并设定相应的死区时间来实现三相逆变器开关元件的死区保护。
共18个死区控制代码,如下表5‑3所示:
00010010 12 00010001 11 00000001 01
00100001 21 00100010 22 00000010 02
01000110 46 01000101 45 00010000 10
01100100 64 01010100 54 00100000 20
10001001 89 10001010 8A 01000100 44
10011000 98 10101000 A8 10001000 88
死区控制码,将用于电力能量的传递和续流的数字编码称为数字代码。将表5‑3所示的各死
区控制代码加入到如表5‑1和表5‑2所示的变化的相邻数字代码之间可如表5‑4和表5‑5所
示:
清楚起见,表中死区控制码使用了下划线进行标记):
S3 65 21 A9 A8 AA A8 A9 21 65 45 55 11 99 89 A9 A8 AA A8 A9 89 99 89
S4 A9 89 99 11 55 11 99 89 A9 A8 AA 8A 9A 98 99 11 55 11 99 98 9A 98
S5 99 98 9A 8A AA 8A 9A 98 99 11 55 54 56 12 9A 8A AA 8A 9A 12 56 12
S6 9A 12 56 54 55 54 56 12 9A 8A AA 22 66 46 56 54 55 54 56 46 66 46
半部分的互换得到第二数字代码序列。使用该第一/第二数字代码序列中的各数字代码对
三相逆变器各开关元件的通断控制,即可实现对三相逆变器进行逆变控制期间进行死区控
制。
区控制的三相逆变控制中的实际持续时间。例如对于式(1.2.1)的数字代码而言,原持续时
间t1、t2、t3、t4、t5、t6相应地变为t1‑Δt、t2‑Δt、t3‑Δt、t4‑Δt、t5‑Δt、t6‑Δt。
代码序列中删除该对相邻的数字代码中的前一数字代码。换言之,为该相邻的一对数字代
码中的前一数字代码所分配的持续时间非常短,甚至短于死区控制码的持续时间Δt,在这
种情况下,为了提高逆变控制的精确性,可将具有该较短持续时间的数字代码删除。
除该对相邻的数字代码中的前一数字代码,而是取与该前一数字代码相邻的数字代码的持
续时间的一部分补偿给该前一数字代码的持续时间,所取的部分时间长度只要与该前一数
字代码的持续时间加起来后大于死区控制码的持续时间Δt即可。
字代码,也即删除表5‑4‑1中第2列和倒数第2列的数字代码,同时根据表5‑4中相邻数字代
码之间死区控制码的分配方式调整原第1列和第3列之间以及原倒数第1列和原倒数第3列
之间衔接的死区控制码(调整的死区控制码以加粗字体标识)后,得到如下表5‑4‑2所示的
带死区控制码(以下划线标识)的数字代码阵列:
码的原持续时间为t2,以表5‑4‑2中第一行也即S1扇区的18个数字编译为例,调整持续时间
后为该18个数字编码分配的持续时间从左到右依次分别为:t1+t2‑Δt、Δt、t3‑Δt、Δt、
t4‑Δt、Δt、t5‑Δt、Δt、t6‑Δt、Δt、t5‑Δt、Δt、t4‑Δt、Δt、t3‑Δt、Δt、t1+t2‑Δt、Δt。
规则还可以包括等面积法和电压空间矢量法等,下面对电压空间矢量法进行具体说明。
矢量扇区的6组数字代码。
U6[110]、U7[111],根据8个电压空间矢量对应的三相桥臂开关元件通断状态,可将8个电压
空间矢量与表2所示的8个16进制数字代码一一对应地进行映射,如下表6所示。
码形式,如下表7‑2所示。
S1 U0 U4 U6 U7 U6 U4 U0 S4 U0 U1 U3 U7 U3 U1 U0
S2 U0 U2 U6 U7 U6 U2 U0 S5 U0 U1 U5 U7 U5 U1 U0
S3 U0 U2 U3 U7 U3 U2 U0 S6 U0 U4 U5 U7 U5 U4 U0
将数字代码65转换为56)形成对应于电机反转的第二数字代码序列,使用该第一数字代码
序列和第二数字代码序列对三相逆变器进行逆变控制,即可实现基于电压空间矢量控制规
则的数字代码化三相逆变控制,本实施例极大地简化了基于电压空间矢量控制规则的三相
逆变控制,特别是在电机反转期间的逆变控制方面,传统的电压空间矢量逆变控制在电机
反转期间所采用的电压矢量计算公式甚至不同于电机正转期间所采用的电压矢量计算公
式,造成极大的计算资源消耗,而本实施例中电机反转控制期间只需使用对第一数字代码
序列进行转换生成的第二数字代码序列进行三相逆变控制,极大地简化了控制方法,很好
地改进了基于电压空间矢量的逆变控制中尤其电机反转期间的逆变控制。
为便于说明,将表7‑4所示的电压空间矢量称为七段式第二电压空间矢量。
7‑5给出了一个具体的实施例进行说明,其中示出了每个扇区矢量的持续时间序列,时间单
位为62.5ns,周期为0.333s,频率为3Hz,调制度约为2x(230+250)/(2500+230+250+5000+
250+230+2500)=0.088。表7‑5中的持续时间序列在极对数为2的三相异步电机上经过操作
验证表明,电机在分别使用表7‑1和7‑4所示的第一和第二七段式电压空间矢量进行正反转
控制期间输出的转矩和频率相同。
分配方式,在表7‑2中的6个扇区的每个扇区中,在每对相邻的数字代码之间设置死区控制
代码,用于在相邻的数字代码进行切换时,在预设的死区持续时间Δt内控制与每对相邻的
数字代码之间的变化部分对应的开关元件组进行关断。加入死区控制码后,表7‑2所示的数
字代码阵列转换为如下表7‑6所示的形式(其中对死区控制码增加下划线以进行清楚地表
示):
S1 55 54 56 12 9A 8A AA 8A 9A 12 56 54 55
S2 55 11 99 98 9A 8A AA 8A 9A 98 99 11 55
S3 55 11 99 89 A9 A8 AA A8 A9 89 99 11 55
S4 55 45 65 21 A9 A8 AA A8 A9 21 65 45 55
S5 55 45 65 64 66 22 AA 22 66 64 65 45 55
S6 55 54 56 46 66 22 AA 22 66 46 56 54 55
代码序列中的每个死区控制码也需要进行前后半部分的互换)形成对应于电机反转的第二
数字代码序列,使用该第一数字代码序列和第二数字代码序列对三相逆变器进行逆变控
制,即可实现基于电压空间矢量控制规则的具有死区控制的数字代码化三相逆变控制。本
实施例中,死区控制码的持续时间可任意设置,相应地,死区控制码前一个相邻的数字代码
的原持续时间要减去死区控制码的持续时间得到可用的持续时间。通过本实施例,不需要
使用硬件电路来控制死区期间,可极大地提高逆变电路的可靠性。
七段式电压空间矢量的映射,其他类型的电压空间矢量组合也可以参照上述方法进行映射
为数字代码,以及进一步地设置死区控制码,例如前述参考文献中提及的五段式电压空间
矢量组合的情形。
传统的七段式和五段式电压空间矢量组合的特性进行简要说明。
1所示的电压空间矢量称为五段式第一电压空间矢量。
S2 U6 U2 U0 U2 U6 S5 U1 U5 U7 U5 U1
S3 U2 U3 U7 U3 U2 S6 U5 U4 U0 U4 U5
S1 56 9A AA 9A 56 S4 A9 65 55 65 A9
S2 9A 99 55 99 9A S5 65 66 AA 66 65
S3 99 A9 AA A9 99 S6 66 56 55 56 66
将数字代码65转换为56)形成对应于电机反转的第二数字代码序列,使用该第一数字代码
序列和第二数字代码序列对三相逆变器进行逆变控制,即可实现基于电压空间矢量控制规
则的数字代码化三相逆变控制。
的数字代码组合:
S2 A9 99 55 99 A9 S5 56 66 AA 66 56
S3 99 9A AA 9A 99 S6 66 65 55 65 66
明,将8‑4所示的电压空间矢量称为五段式第二电压空间矢量。
S1 U1 U3 U7 U3 U1 S4 U6 U4 U0 U4 U6
S2 U3U2 U0 U2 U3 S5 U4 U5 U7 U5 U4
S3 U2 U6 U7 U6 U2 S6 U5 U1 U0 U1 U5
→U4),顺时针运行为辅;偶数扇区是顺时针运行为主(如先是U2→U6,再是U6→U2),逆时针运
行为辅。由于辅助运行期间回调幅度过大,容易造成电机转矩波动,尤其是当用于异步电机
低速控制时。
矢量组合:
空间矢量组合:
(4.1)和(4.2)可以直接用于电压空间矢量控制方法中作为改进的电压空间矢量组合,其中
式(4.1)用于电机正转期间的矢量控制,式(4.2)用于电机反转期间的矢量控制。或者也可
以将式(4.1)和(4.2)的电压空间矢量映射回对应的数字代码并整体按照从左到右、从上到
下的顺序分别形成第一数字代码序列和第二数字代码序列。
变控制中载频比(载波频率与基波频率之比)较高时,主要通过主矢量传递能量,这期间可
将式(4.1)和(4.2)中的头尾矢量去除并简写为下表9‑1和表9‑2的形式,为便于说明,将表
9‑1所示的电压空间矢量称为四段式第一电压空间矢量,将表9‑2所示的电压空间矢量称为
四段式第二电压空间矢量:
S1 U1 U0 U4U5 S4 U6 U7 U3 U2
S2 U5 U7 U6 U4 S5 U2 U0 U1 U3
S3 U4 U0 U2 U6 S6 U3 U7 U5 U1
S1 U4 U0 U1 U5 S4 U3 U7 U6 U2
S2 U5 U7 U3 U1 S5 U2 U0 U4 U6
S3 U1 U0 U2 U3 S6 U6 U7 U5 U4
区之间进行转换时,即当以S1→S2→S3→S4→S5→S6→S1进行循环时,都是逆时针输出,没
有顺时针输出,这样就使得控制电机运行时非常平稳。同时,采用表9‑1和表9‑2所示的四段
式第一和第二电压空间矢量,相对于表7‑1和表7‑4所示的七段式第一和第二电压空间矢量
以及表8‑1和表8‑4所示的五段式第一和第二电压空间矢量更容易实现控制,尤其是当进行
电机运行方向的切换时,不需要使用另外的公式进行重新计算,而是只需在表9‑1和表9‑2
所示的四段式主矢量之间切换即可。
量对应的数字代码)中,每对相邻的矢量(或数字代码)之间均设置死区控制代码,用于在预
设的持续时间内控制与每对相邻的矢量(或数字代码)之间的变化部分对应的开关元件组
进行关断。添加死区控制码的方式可参照前述实施例。加入死区控制码后,表9‑1和表9‑2所
示的四段式第一和第二电压空间矢量可表示为类似表7‑3所示的全数字编码的形式(在此
省略),也可以表示为下表9‑3和9‑4的相邻矢量间增加死区控制码的形式(其中死区控制码
加了下划线以进行区分显示):
S1 U1 45 U0 54 U4 46 U5 22 S4 U6 8A U7 A8 U3 89 U2 11
S2 U5 22 U7 8A U6 12 U4 54 S5 U2 11 U0 45 U1 21 U3 A8
S3 U4 54 U0 11 U2 98 U6 8A S6 U3 A8 U7 22 U5 64 U1 45
S1 U4 54 U0 45 U1 64 U5 22 S4 U3 A8 U7 8A U6 98 U2 11
S2 U5 22 U7 A8 U3 21 U1 45 S5 U2 11 U0 54 U4 12 U6 8A
S3 U1 45 U0 11 U2 89 U3 A8 S6 U6 8A U7 22 U5 46 U4 54
量控制技术(FOC)和直接转矩控制技术(DTC),这两种技术也可以接合到本发明的数字编码
技术中,实现利用同样的数据表和算法实施同量度(频率、转矩相同)的电机正反转控制,使
得控制软件的设计高度简化,并极大地提高可靠性。