用于高压大功率三相异步电机的六半桥SVPWM控制方法技术

本发明专利技术涉及三相异步电机变频调速技术，旨在提供一种用于高压大功率三相异步电机的六半桥SVPWM控制方法。该方法所使用的变频器由直流电源或电容与6个半桥并联构成，变频器每一相的两个供电端子分别接于三相异步电机定子各相绕组两端，分别对这两组半桥作传统3半桥不加死区电压空间矢量调制，得到对应各开关管的调制信号，所得的调制信号经过基于优化前后对应每个开关周期内输出平均电压相等为原则的无死区优化过程，并在各相输出电流换向处加入一个死区时间得到最终各开关管的调制信号。本发明专利技术使得每半个周期只在相电流换向时提供一个死区，加入死区的频率是参考电压频率的2倍，这与开关频率相比所加死区的影响几乎可以忽略不计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高压大功率三相异步电机变频调速
，尤其涉及一种能扩大电压输出范围无死区的SVPWM控制方法。
技术介绍
电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术具有电压利用率高，开关次数少，抑制谐波特性好等特点，已被广泛应用于高压大功率异步电机交流变频调速系统。传统的三半桥SVPWM技术，最大输出相电压基波幅值输出范围为直流母线电压E的1/4倍，每个开关管所承受的电压应力为直流母线电压E。一般三相异步电机功率等级达到几个千瓦以上时为了供电方便，定子三相绕组中点内部不直接短接而是将每相绕组的两个端子都引出，即总共有6个供电端子。基于大功率异步电机有以上特点，受制于电力电子开关器件耐压能力的限制，为提高异步电机的供电电压传统方案是用两个采用SVPWM技术的三半桥变频器串联后给异步电机供电。异步电机每相绕组两端分别跨接于两个三半桥变频器中输出电压相位互差η电角度的两个半桥。通过两个变频器的级联使得异步电机的供电电压范围提高一倍，最大输出相电压基波幅值约为直流母线电压E的倍。但是，这样供电的缺点是可靠性差，两个变频器需要协同工作，两变频器输出电压相位必须严格互差η电角度，一旦某个变频器没能正常工作，直接导致异步电机不能正常工作。另外，这两个变频器每个半桥上下开关管的工作方式是互补导通，这样不可避免的要引入死区。由于死区时间的加入，必定会导致输出电压谐波含量增多，而且会使输出电压有一定的跌落。虽然也有很多学者提出死区补偿方案，但不可能彻底解决死区带来的影响，同时必定会使控制更加复杂化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服传统用于高压大功率三相异步电机供电模式及采用的三半桥SVPWM技术的不足，提供一种能扩大电压输出范围无死区的六半桥SVPWM控制方法。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是提供一种用于高压大功率三相异步电机的六半桥SVPWM控制方法，所使用的变频器由直流电源或电容与6个半桥并联构成，将6半桥分成两组，在一个周期(2 π电角度)内划分6个正弦参考电压，相位依次相差π/3电角度，幅值与频率彼此相等，每个正弦参考电压各作为六桥臂中某一桥臂的参考电压；每组半桥的三个参考电压幅值与频率相等，相位互差2 /3电角度；将6个半桥中参考电压相位互差电角度的两半桥的输出电压差构成一相输出电压，进而得到三相输出电压；变频器每一相的两个供电端子分别接于三相异步电机定子各相绕组两端，分别对这两组半桥作传统3半桥不加死区电压空间矢量调制，得到对应各开关管的调制信号，所得的调制信号经过基于优化前后对应每个开关周期内输出平均电压相等为原则的无死区优化过程，并在各相输出电流换向处加入一个死区时间得到最终各开关管的调制信号。本专利技术中，该控制方法包括以下步骤(I)将6半桥分成两组，由反并联续流二极管的全控型开关管K1、K2构成的半桥BI,由反并联续流二极管的全控型开关管K3、K4构成的半桥Β3，由反并联续流二极管的全控型开关管Κ5、Κ6构成的半桥Β5，半桥Β1、Β3、Β5这三个半桥组成一组，由反并联续流二极管的全控型开关管SI、S2构成的半桥Β2，由反并联续流二极管的全控型开关管S3、S4构成的半桥Β4,由反并联续流二极管的全控型开关管S5、S6构成的半桥Β6,半桥Β2、Β4、Β6这三个半桥组成另一组，在一个周期(2 π电角度)内划分6个正弦参考电压，相位依次相差^/3电角度，幅值与频率彼此相等，每个正弦参考电压各作为六桥臂中某一桥臂的参考电压，半桥B2、B4、B6的三相参考电压超前半桥B3、B5的三相参考电压π/3电角度，半桥B1与半桥B6两者参考电压互差π电角度，半桥B1与半桥B6构成A相，半桥B2与半桥B3两者参考电压互差η电角度，半桥B2与半桥B3构成B相，半桥B4与半桥B5两者参考电压互差^电角度，半桥B4与半桥B5构成C相，将两组半桥的三相参考电压通过park变换，变换到α β坐标系得到参考矢量V1与V2，V2也可根据与求得的V1幅值相等，V2超前V1 31 /3电角度的关系求得，这样可以减少运算量，六个非零基本矢量(U。U2、U3、U4、U5、U6)将α β平面分成六个扇区；(2)由线性组合原理求得V1所在扇区内两非零基本矢量Uk、Uk+i (I彡k彡5)的作用时间tk、tk+1，然后进行饱和判断，当(tk+tk+1)大于开关周期Ts时，非零基本矢量Uk作用时间修改为tkTs/ (tk+tk+1)，非零基本矢量Uk+1作用时间修改为tk+1Ts/ (tk+tk+1)，零矢量作用时间h为Ts-tk-tk+1，根据V1与V2的对称关系可知V2所在扇区两非零基本矢量为uk+1、uk+2，特别地，如果k为5，则Uk+1为U6，Uk+2为U1，基本矢量Uk+1作用时间Tk+1等于tk，基本矢量Uk+2作用时间Tk+2等于tk+1，零矢量作用时间Tci等于td ；(3)分别对这两组半桥作传统3半桥不加死区电压空间矢量脉宽调制，得到对应各开关管的调制信号；(4)取上一步中得到的每相两半桥上管调制信号，两信号作异或处理，得到表征各相电压在每个开关周期内输出平均电压绝对值大小的脉冲波形PA、PB、PC;(5)输出三相电压的等效参考电压是半桥B1、半桥B3、半桥B5的三相参考电压的2倍，通过输出三相电压的等效参考电压与O比较得到表征各相在当前开关周期内相电压输出平均电压极性的逻辑量UPN_A、UPN_B> UPN_C的值，当等效参考电压极性为正时逻辑值为1，当等效参考电压极性为负时逻辑值为O ;(6)确定当前时刻变频器工作状态，先检测各相输出电流，将其与O比较后，得到反映极性的逻辑量IPN_A、IPN_B> IPN_C,当极性为正时逻辑值为1，当极性为负时逻辑值为0，对于A相，若UPN_A为1，IPN_A为1，则表征A相工作状态的状态变量XA为11，若UPN_A 为 1，IPN_A 为 0，则 XA 为 10，若 UPN_A 为 0，IPN_A 为 1，则 XA 为 01，若 UPN_A 为 0，IPN_A为0，则XA为00，特别地，当A相输出电流等于0，UPN_A为1，则XA为11，当A相输出电流等于0，UPN_A为0，则XA为00，对于B相，若UPN_B为1，IPN_B为1，则表征B相工作状态的状态变量XB为11，若UPN_B为1，IPN_B为0，则XB为10，若UPN_B为0，IPN_B为1，则XB为01，若UPN_B为0，IPN_B为0，则XB为00，特别地，当B相输出电流等于0，UPN_B为I，则XB为11，当B相输出电流等于0，UPN_B为0，则XB为00，对于C相，若UPN_C为1，IPN_C为1，则表征C相工作状态的状态变量XC为11，若UPN_C为1，IPN_C为O，则XC为 10，若 UPN_C 为 0，IPN_C 为 1，则 XC 为 01，若 UPN_C 为 0，IPN_C 为 0，则 XC 为 00，特别地，当C相输出电流等于0，UPN_C为1，则XC为11，当C相输出电流等于0，UPN_C为0，则XC 为 00 ;(7)根据每相状态变量的值确定各开关管优化后的调制信号，对于A相，当XA为11时，当前开关周期内开关管K2、S5调制信号为低电平，选择开关管K1、S6中某一个开关管始终导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高压大功率三相异步电机的六半桥SVPWM控制方法，其特征在于，所使用的变频器由直流电源或电容与6个半桥并联构成，在一个周期2 电角度内划分6个正弦参考电压，相位依次相差n/3电角度，幅值与频率彼此相等，每个正弦参考电压各作为六桥臂中某一桥臂的参考电压；将6半桥分成两组，每组半桥的三个参考电压幅值与频率相等，相位互差2JI/3电角度；将6个半桥中参考电压相位互差电角度的两半桥的输出电压差构成一相输出电压，进而得到三相输出电压；变频器每一相的两个供电端子分别接于三相异步电机定子各相绕组两端，分别对这两组半桥作传统3半桥不加死区电压空间矢量调制，得到对应各开关管的调制信号，所得的调制信号经过基于优化前后对应每个开关周期内输出平均电压相等为原则的无死区优化过程，并在各相输出电流换向处加入一个死区时间得到最终各开关管的调制信号。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤 (1)将6半桥分成两组，由反并联续流二极管的全控型开关管Kl、K2构成的半桥BI，由反并联续流二极管的全控型开关管K3、K4构成的半桥B3，由反并联续流二极管的全控型开关管K5、K6构成的半桥B5，半桥B1、B3、B5这三个半桥组成一组，由反并联续流二极管的全控型开关管SI、S2构成的半桥B2，由反并联续流二极管的全控型开关管S3、S4构成的半桥B4,由反并联续流二极管的全控型开关管S5、S6构成的半桥B6,半桥B2、B4、B6这三个半桥组成另一组，在一个周期2 电角度内划分6个正弦参考电压,相位依次相差/3电角度，幅值与频率彼此相等，每个正弦参考电压各作为六桥臂中某一桥臂的参考电压，半桥民、84、86的三相参考电压超前半桥Bi、B3、B5的三相参考电压/3电角度，半桥B1与半桥B6两者参考电压互差电角度，半桥B1与半桥B6构成A相，半桥B2与半桥B3两者参考电压互差电角度，半桥B2与半桥B3构成B相，半桥B4与半桥B5两者参考电压互差电角度，半桥B4与半桥B5构成C相，将两组半桥的三相参考电压通过park变换，变换到a ^坐标系得到参考矢量V1与V2 ;或者V2根据与求得的V1幅值相等，V2超前V1 /3电角度的关系求得；六个非零基本矢量(U。U2、U3、U4、U5、U6)将a @平面分成六个扇区； (2)由线性组合原理求得V1所在扇区内两非零基本矢量Uk、Uk+1(I ^ 5)的作用时间tk、tk+1，然后进行饱和判断，当(tk+tk+1)大于开关周期Ts时，非零基本矢量Uk作用时间修改为tkTs/ (tk+tk+1)，非零基本矢量Uk+1作用时间修改为tk+1Ts/ (tk+tk+1)，零矢量作用时间t0为Ts-tk-tk+1，根据V1与V2的对称关系可知V2所在扇区两非零基本矢量为Uk+1、Uk+2，特别地，如果k为5，则Uk+1为U6, Uk+2为U1，基本矢量Uk+1作用时间Tk+1等于tk，基本矢量Uk+2作用时间Tk+2等于tk+1，零矢量作用时间Tci等于h ； (3)分别对这两组半桥作传统3半桥不加死区电压空间矢量脉宽调制，得到对应各开关管的调制信号； (4)取上一步中得到的每相两半桥上管调制信号，两信号作异或处理，得到表征各相电压在每个开关周期内输出平均电压绝对值大小的脉冲波形PA、PB、PC; (5)输出三相电压的等效参考电压是半桥B1、半桥B3、半桥B5的三相参考电压的2倍，通过输出三相电压的等效参考电压与0比较得到表征各相在当前开关周期内相电压输出平均电压极性的逻辑量UPN_A、UPN_B、UPN_C的值，当等效参考电压极性为正时逻辑值为1，当等效参考电压极性为负时逻辑值为0 ; (6)确定当前时刻变频器工作状态，先检测各相输出电流，将其与0比较后，得到反映极性的逻辑量IPN_A、IPN_B> IPN_C,当极性为正时逻辑值为1，当极性为负时逻辑值为O，对于A相，若UPN_A为I，IPN_A为I，则表征A相工作状态的状态变量XA为11，若UPN_A为I，IPN_A 为 O，则 XA 为 10，若 UPN_A 为 0，IPN_A 为 I，则 XA 为 01，若 UPN_A 为 0，IPN_A 为 0，则XA为00，特别...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋春伟，赵荣祥，朱明磊，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：