[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

权利要求书

1.一种四开关逆变器供电PMSM转矩脉动优化的混合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和四个电压矢量，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：和等效零矢量组合为SVPWM1，和等效零矢量组合为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

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，T_s为开关周期，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：ε_T表示转矩脉动，p_n是PMSM的极对数，λ_f是转子磁链，iq_rip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误差电压矢量导致了电流纹波；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)：

其中为定子电流纹波矢量，L_s为定子电感；

在SVPWM1中，误差电压矢量在同步旋转坐标系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U_dc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、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：U_dcT_sp_nλ_f/L_s，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混合SVPWM方法，得到新的扇区划分；

表3

不同扇区选择的电压矢量如表3所示。