基於四模態切換的三相逆變器控制方法

2023-06-09 10:08:11

基於四模態切換的三相逆變器控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於四模態切換的三相逆變器控制方法，所述方法通過四個工作模態在四個不同工作扇區內不同的組合控制實現，包括以下步驟：1)確定三相逆變器需輸出的電壓矢量所在扇區，得到與所在扇區對應、合成電壓矢量的兩個工作模態；2)確定兩個工作模態的工作時間，並根據工作時間生成兩個工作模態的切換序列；3)根據切換序列控制兩個工作模態合成電壓矢量，使其按圓形軌跡旋轉輸出三相逆變器的正弦線電壓。本發明的三相逆變器控制方法在輸出同樣的正弦線電壓情況下，與SVPWM控制策略相比，所採用的電路模態數量減少1/3，三相逆變器的功率開關管開關次數減少7/12，從而有效地降低了三相逆變器的開關頻率與損耗。
【專利說明】基於四模態切換的三相逆變器控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及ー種三相逆變器的控制方法，尤其是一種基於四模態切換的三相逆變器控制方法。屬於電能轉換應用領域。
【背景技術】
[0002]三相逆變器作為エ業應用中不可或缺的電カ電子設備，廣泛應用於電カ系統、高速列車、電動汽車、大型不間斷電源(UPS)、新能源發電等領域。然而，隨著三相逆變器功率的増大，以及功率開關管的開關頻率的提聞，使得功率開關管的開關損耗越來越大，已成為制約高功率密度逆變器發展的ー個關鍵問題。
[0003]目前，常用的三相逆變器控制策略是SVPWM (全稱為Space Vector PulseWidth Modulation，即空間矢量脈寬調製)，它與傳統的正弦PWM(全稱為Pulse WidthModulation，即脈衝寬度調製)策略相比，輸出電流波形的諧波分量小，且直流母線電壓的利用率較高，更易於數位化控制。然而，SVPWM需要通過在六個不同工作扇區內對六個工作模態的切換來實現對三相逆變器的控制，有如圖1的控制第一扇區內工作模態切換序列所示，在ー個周期內三相逆變器中三相橋臂的6個功率開關管各開關I次，共6次，因此，開關頻率較高及損耗較大。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供一種可以有效降低三相逆變器開關頻率與損耗的基於四模態切換的三相逆變器控制方法。
[0005]本發明的目的可以通過採取如下技術方案達到:
[0006]基於四模態切換的三相逆變器控制方法，其特徵在於所述方法通過四個工作模態在四個不同工作扇區內不同的組合控制實現，包括以下步驟:
[0007]I)確定三相逆變器需輸出的電壓矢量所在扇區，得到與所在扇區對應、合成電壓矢量的兩個工作模態；
[0008]2)確定兩個工作模態的工作時間，井根據工作時間生成兩個工作模態的切換序列；
[0009]3)根據切換序列控制兩個工作模態合成電壓矢量，使其按圓形軌跡旋轉輸出三相逆變器的正弦線電壓。
[0010]作為ー種優選方案，所述四個工作模態分別為:工作模態U100,開關管VT1.VT2和VT6導通，開關管VT3、VT4和VT5截止；工作模態U110,開關管VT1JT2和VT3導通，開關管VT4、VT5和VT6截止；工作模態U011,開關管VT3、VT4和VT5導通，開關管VI\、VT2和VT6截止；以及工作模態Ucm,開關管VT4、VT5和VT6導通，開關管VT1JT2和VT3截止；所述四個工作扇區在靜止坐標a-P兩相坐標軸上、以a軸為起點逆時針方向劃分為:第一扇區，0?60度；第ニ扇區，60?180度；第三扇區，180?240度；以及第四扇區，240?360度。
[0011]作為ー種優選方案，步驟I)具體如下:[0012]設三相逆變器電壓矢量Uref，給定Uref幅值和相角，在靜止坐標C1-P兩相坐標軸上，Um在其上的分量用Ua和Ue來表示，其所在扇區由以下式(I)確定:
[0013]
【權利要求】
1.基於四模態切換的三相逆變器控制方法，其特徵在於所述方法通過四個工作模態在四個不同工作扇區內不同的組合控制實現，包括以下步驟: 1)確定三相逆變器需輸出的電壓矢量所在扇區，得到與所在扇區對應、合成電壓矢量的兩個工作模態； 2)確定兩個工作模態的工作時間，井根據工作時間生成兩個工作模態的切換序列； 3)根據切換序列控制兩個工作模態合成電壓矢量，使其按圓形軌跡旋轉輸出三相逆變器的正弦線電壓。
2.根據權利要求1所述的基於四模態切換的三相逆變器控制方法，其特徵在於:所述四個工作模態分別為:工作模態U100,開關管VT1.VT2和VT6導通，開關管VT3、VT4和VT5截止；工作模態U110,開關管VT1JT2和VT3導通，開關管VT4、VT5和VT6截止；工作模態U011,開關管VT3、VT4和VT5導通，開關管VT1JT2和VT6截止；以及工作模態U001,開關管VT4、VT5和VT6導通，開關管VT1.VT2和VT3截止；所述四個工作扇區在靜止坐標a - P兩相坐標軸上、以a軸為起點逆時針方向劃分為:第一扇區，O-60度；第二扇區，60-180度；第三扇區，180-240度；以及第四扇區，240-360度。
3.根據權利要求2所述的基於四模態切換的三相逆變器控制方法，其特徵在於:步驟1)具體如下: 設三相逆變器電壓矢量Uref，給定UMf幅值和相角，在靜止坐標兩相坐標軸上，Uref在其上的分量用Ua和Ue來表示，其所在扇區由以下式(I)確定:
4.根據權利要求3所述的基於四模態切換的三相逆變器控制方法，其特徵在於:步驟2)具體如下: a)若電壓矢量Uref位於第一扇區，由工作模態U100和U110合成，則UrefTs =，其中Tltltl是工作模態U100的工作時間，Tlltl是工作模態U110的工作時間，且有Ts = T1(l(l+T11(l+T_，其中Tcicici為工作模態Ultltl和Ulltl不工作時三相逆變器的A、B、C三相橋臂的下功率開關管全開通的時間；設UMf與a軸的夾角為0，三相逆變器直流母線電壓為Ud。，則有:
5.根據權利要求1所述的基於四模態切換的三相逆變器控制方法，其特徵在於:所述四個工作模態分別為:工作模態U101,開關管VT1.VT5和VT6導通，開關管VT2、VT3和VT4截止；工作模態Un0，開關管VT1.VT2和VT3導通，開關管VT4、VT5和VT6截止；工作模態U010,開關管VT2、VT3和VT4導通，開關管VT1JT5和VT6截止；以及工作模態U001,開關管VT4、VT5和VT6導通，開關管VT1.VT2和VT3截止；所述四個工作扇區在靜止坐標a - P兩相坐標軸上、以a軸負向60度為起點逆時針方向劃分為:第一扇區，-60~60度；第二扇區，60-120度；第三扇區，120~240度；以及第四扇區，240~300度。
6.根據權利要求5所述的基於四模態切換的三相逆變器控制方法，其特徵在於:步驟1)具體如下: 設三相逆變器電壓矢量UMf，給定UMf幅值和相角，在靜止坐標兩相坐標軸上，Uref在其上的分量用Ua和Ue來表示，其所在扇區由以下式(10)確定:
7.根據權利要求6所述的基於四模態切換的三相逆變器控制方法，其特徵在於:步驟2)具體如下: a)若電壓矢量Uref位於第一扇區，由工作模態U101和U110合成，則UrefTs=UiqiT皿+UliciTlltl，其中Tltll是工作模態U101的工作時間，Tlltl是工作模態U110的工作時間，且有Ts = T皿+T11Q+Tm，其中T111為工作模態Ultll和Ulltl不工作時三相逆變器的A、B、C三相橋臂的上功率開關管全開通的時間；設UMf與a軸的夾角為e，三相逆變器直流母線電壓為Ud。，則有:
8.根據權利要求1所述的基於四模態切換的三相逆變器控制方法，其特徵在於:所述四個工作模態分別為:工作模態U100,開關管VT1.VT2和VT6導通，開關管VT3、VT4和VT5截止；工作模態U010,開關管VT2、VT3和VT4導通，開關管VT1JT5和VT6截止；工作模態U011,開關管VT3、VT4和VT5導通，開關管VT1JT2和VT6截止；以及工作模態U101,開關管VT1JT5和VT6導通，開關管VT2、VT3和VT4截止；所述四個工作扇區在靜止坐標a - P兩相坐標軸上、以a軸為起點逆時針方向劃分為:第一扇區，0~120度；第二扇區，120~180度；第三扇區，180~240度；以及第四扇區，240~360度。
9.根據權利要求8所述的基於四模態切換的三相逆變器控制方法，其特徵在於:步驟1)具體如下: 設三相逆變器電壓矢量Uref，給定UMf幅值和相角，在靜止坐標兩相坐標軸上，Uref在其上的分量用Ua和Ue來表示，其所在扇區由以下式(19)確定:

10.根據權利要求9所述的基於四模態切換的三相逆變器控制方法，其特徵在於:步驟2)具體如下: a)若電壓矢量Uref位於第一扇區，由工作模態U100和U010合成，則UrefTs =U1(IJ1(I(I+U_T_，其中Tltltl是工作模態U100的工作時間，Ttlltl是工作模態U010的工作時間，且有Ts = T1(l(l+T_+T_，其中Tcicici為工作模態Ultltl和U-不工作時三相逆變器的A、B、C三相橋臂的下功率開關管全開通的時間；設UMf與a軸的夾角為0，三相逆變器直流母線電壓為Ud。，則有:
【文檔編號】H02M7/48GK103457497SQ201310352504
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月13日 優先權日:2013年8月13日
【發明者】張波, 李湘峰 申請人:華南理工大學