一种可抑制谐波的优化PWM调制方法

摘要

本发明公开了一种可抑制谐波的优化PWM调制方法，利用空间电压矢量SVPWM的组合，来实现5、7、11、13等非3的整数倍的奇次特定m次谐波(m＝6j±1；j＝1，2，...)的消除。这种方法的特点是可以通过编程来实现，既解决了SHEPWM方法的计算量或查表存储量的问题，又使用了合成电压矢量来逼近磁链圆形轨迹，有助于减少转矩脉动，而且完成选择谐波消去的任务。

主权项

1.一种可抑制谐波的优化PWM调制方法，其特征在于包括下述步骤：(a)对于逆变器的一相输出PWM脉冲函数表达式为下式，$U_{\mathrm{km}}=\frac{{2U}_d}{\mathrm{K\pi }}[1+2\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(-1)}^i\cos \left(K{\alpha }_i\right)],(n=\mathrm{1,3,5},···)$根据变压变频策略，得到参考电压矢量V^*，并确定调制度q，而q＝V^*/(U_d/2)，U_d是直流母线电压；(b)根据输出频率和期望的特定次谐波消去的个数m，确定载波比和N值，载波比＝开关频率/输出频率，N＝m+1，而N是[0，π/3]区间内的开关角的个数，确定T值，并得到DSP等单片微处理器中增减计数器的给定值T_g，T＝2π/3(N+1)，T_g＝T/2；(c)用S_A代表逆变桥开关状态为(100)，(010)和(001)的基本电压矢量；S_B代表开关状态为(110)，(011)和(101)的基本电压矢量；其中，V₁为(100)、V₂为(110)、V₃为(010)、V₄为(011)、V₅为(001)、V₆为(101)，而V₀和V₇都是零矢量；A_n代表I～VI的6个区域的区域号；从区域I开始，由k＝1到k_max＝N+1，根据k值的奇偶性确定本区域内起作用的基本电压矢量，而确定的规则参见下表1；表1基本矢量选用表(d)基本矢量与零矢量的使用办法参见表2和表3的规则，即根据k值和A_n来确定电压矢量的切换办法；表2是调制度q＜1的情况，表3是1≤q≤1.15的情况；表中S_A→S_B→V₇指：基本电压矢量由S_A切换到S_B再到V₇；而且，特定谐波消去法的调制度q＝V^*/(U_d/2)，q不会大于1.15；表中，V₀和V₇的开关状态分别为(000)，(111)，都是零矢量；表2基本矢量与零矢量的使用规则1  A_n  k＝1  k＝2  k＝奇数  k＝偶数  k＝N  k＝(N+1)  I，III，V  S_A→S_B→V₇  V₇→S_B  S_B→S_A→V₀  V₀→S_A→S_B  S_B→V₇  V₇→S_B→S_A  II，IV，VI  S_B→S_A→V₀  V₀→S_A  S_A→S_B→V₇  V₇→S_B→S_A  S_A→V₀  V₀→S_A→S_B表3基本矢量与零矢量的使用规则2  A_n  k＝1  k＝2  k＝奇数  k＝偶数  k＝N  k＝(N+1)  I，III，V  S_A→S_B→V₇  V₇→S_B  S_B→S_A→S_B  S_B→S_A→S_B  S_B→V₇  V₇→S_A→S_B  II，IV，VI  S_B→S_A→V₀  V₀→S_A  S_A→S_B→S_A  S_A→S_B→S_A  S_A→V₀  V₀→S_B→S_A(e)计算θ角，θ角是每个小区间A_n内空间合成矢量的角度，θ＝k*T/2；(f)计算所选的相邻基本矢量和零矢量的作用时间，以T/2为基本电压矢量每次进行合成的单位时间阶段，其中，T_A对应S_A矢量的作用时间；T_B对应S_B矢量的作用时间；T₀对应V₀矢量的作用时间和T₇对应V₇矢量的作用时间；情况1，k＝奇数时，(1)k为非N的奇数：$T_A=\frac{T}{2}q\sin (\pi /3-\theta ),$$T_B=\frac{T}{2}q\sin \left(\theta \right),$使用V₀则T₀＝T/2-T_A-T_B；使用V₇则T₇＝T/2-T_A-T_B；(2)若k＝N时，只用到S_A和S_B2种基本矢量中的一个，则与其配合的零矢量的作用时间为：使用V₀则T₀＝T/2-T_基本；使用V₇则T₇＝T/2-T_基本；T_基本表示基本矢量的作用时间；情况2，k＝偶数时，(1)k为非2的偶数：$T_A=\frac{T}{2}q\sin \left(\theta \right),$$T_B=\frac{T}{2}q\sin (\pi /3-\theta ),$使用V₀则T₀＝T/2-T_A-T_B；使用V₇则T₇＝T/2-T_A-T_B；(2)k＝2时，只用到S_A和S_B2种基本矢量中的一个，则与其配合的零矢量的作用时间为：用V₀则T₀＝T/2-T_基本；使用V₇则T₇＝T/2-T_基本；(g)根据所选择的基本电压矢量，计算三相比较寄存器的装载值T_L，T_L有4个装载值需要选择，参见下表4，表中，T_A1和T_B1指的是以k＝1为例子的两个基本电压矢量S_A和S_B的作用时间；而装载值的选择取决于：在表1和表2、3中，因为不同基本电压矢量、零矢量的选择及其使用规则，所产生的开关角的开通或关断的状态；表4四种可能的三相比较寄存器的装载信T_L＝ T_A1  T_B1 T_A1+T_B1  T_g(h)设定k为奇数时是增计数器工作阶段，k为偶数时是减计数器工作阶段，根据所选择的基本电压矢量，对开关角是开通角还是关断角状态进行判断，并根据表5的比较规则，比较结果大于零就输出高电平，小于零就输出低电平；然后在下一个小k区间继续判断，从而可以连续将PWM电平输出；表5比较寄存器与计数器之间的比较规则(i)对输出的PWM电平进行窄脉冲的判断和处理；电平宽度τ≤2t_d为窄脉冲，其中，t_d是设定的功率开关管的死区时间；可以通过忽略造成窄脉冲的基本电压矢量或者忽略窄脉冲这2种方式来完成处理；然后继续将PWM电平连续输出；(j)在单个区域的空间电压矢量SHEPWM脉冲输出完后，判断是否有新的指令，若没有，则进入下一区域，从步骤(c)开始顺序执行上述步骤，循环进行；若有新的变压指令，则打断进程，由步骤(a)开始计算新的参考电压矢量V^*，然后进入下一区域开始顺序执行上述步骤，循环进行；若有新的变频调速指令，则打断进程，返回到步骤(b)，通过实时改变增减计数器脉冲的频率来完成新的输出频率的改动，但需要同步调整开关频率保持N值的稳定，然后从步骤(b)开始，进入下一区域顺序执行上述步骤，循环进行。