[发明专利]四开关逆变器供电PMSM转矩脉动优化的混合SVPWM方法

摘要

本发明公开了四开关逆变器供电PMSM转矩脉动优化的新型混合SVPWM方法。本方法在不同扇区交替使用两种不同的调制方式，引入新的转矩脉动有效值推导方法，使扇区划分不受电机参数影响。同时提出一种新颖的扇区划分方法，使扇区划分更加简单。这种新型混合SVPWM方法对原有调制方式进行改进，既可以有效减轻数字信号处理器的运算强度，具有工程使用价值；且当电机参数发生变化时，仍然可以有效的减小PMSM转矩脉动。

主权项

1.一种四开关逆变器供电PMSM转矩脉动优化的新型混合SVPWM方法，其特征在于该方法包括以下步骤：第一步、提出三相四开关逆变器两种调制方式：三相四开关逆变器在α‑β坐标系下的电压矢量分布包括V1、V2、V3和V4四个电压矢量，四个电压矢量幅值不等，两两对称；同时不含零矢量，需要使用两个方向相反的电压矢量等效合成零矢量；根据零矢量合成方式的不同得到两种SVPWM调制方式：V1和V3等效零矢量组合为SVPWM1，V2和V4等效零矢量组合为SVPWM2；两种调制方式在不同扇区内采用的电压矢量如表1所示：表1  I扇区 II扇区 III扇区 IV扇区 SVPWM1 V₁,V₂,V₃V₁,V₂,V₃V₁,V₃,V₄V₁,V₃,V₄SVPWM2 V₁,V₂,V₄V₂,V₃,V₄V₂,V₃,V₄V₁,V₂,V₄根据伏秒平衡原理，各电压矢量在一个开关周期内的作用时间由式1计算：其中：T1、T2、T3、T4为各电压矢量作用时间，Ts为开关周期，Vref为参考电压矢量；根据表1和式1确定合成参考电压矢量的电压矢量及其作用时间后，可以确定各个功率开关管在一个开关周期内的开关序列；第二步、提出新型混合SVPWM方法：2‑1、不同调制方式对PMSM转矩的影响：如式2所示，表贴式永磁同步电机转矩脉动与q轴电流纹波成正比；其中：εT表示转矩脉动，pn是PMSM的极对数，λf是转子磁链，iqrip表示q轴电流纹波；三相四开关逆变器电压矢量与参考电压矢量之间存在瞬时误差电压矢量Verr，导致了电流纹波；忽略永磁同步电机定子电阻的影响，定子电流纹波矢量的表达式如式3：其中irip为定子电流纹波矢量，Ls为定子电感；在SVPWM1中，误差电压矢量Verr在同步旋转坐标系d‑q中解析如式4：其中：j是复数域，α为参考电压位置角；结合式3和式4可得Q1、Q2和Q3如式5所示：当参考电压矢量位于Ⅰ扇区时，根据q轴电流纹波并结合式5可得q轴电流纹波幅值的表达式为：将式6代入式2得出SVPWM1产生的转矩脉动随着时间变化，不利于衡量调制方式对转矩脉动的影响，因此引入转矩脉动有效值：令m∈[0,1]为调制比，结合式1、2、6和7并考虑II扇区、III扇区和IV扇区的情况，采用SVPWM1时转矩脉动有效值表达式为：式8中Udc为直流母线电压；同理，通过SVPWM2误差电压矢量和q轴电流纹波得出采用SVPWM2时转矩脉动有效值表达式为：将电机参数代入式8和9，得到两种调制方式的转矩脉动有效值并绘制成三维图；2‑2、新型混合SVPWM方法的扇区划分：根据所述三维图可知，单独采用SVPWM1或SVPWM2均不能有效抑制PMSM转矩脉动，需要新型混合SVPWM方法，在适当区域交替使用两种调制方式抑制转矩脉动；式8和9给出了采用两种不同调制方式时转矩脉动有效值表达式，因此只需令两式相等得到扇区边界表达式：式10中两侧存在相同系数：UdcTspnλf/Ls，因此得出与电机参数无关的表达式，即参考电压位置角α与调制比m之间的扇区边界函数；将扇区边界函数进行简化，由三维图可得，将扇区边界函数的四条空间曲线投影到平面α‑m得到四条平面曲线的函数：α＝f(m)，再采用曲线拟合的方式得出简化的函数表达式；根据式11中α1与参考电压位置角α对比，合理选择调制方式组成新型混合SVPWM方法，得到新的扇区划分；不同扇区选择的电压矢量如表3所示。表3  A扇区 B扇区 C扇区 D扇区 新型混合SVPWM V₂,V₁,V₄V₁,V₂,V₃V₂,V₃,V₄V₁,V₃,V₄                                                                        。