[发明专利]一种多模式脉宽调制的切换方法

说明书

本发明公开了一种多模式脉宽调制的切换方法，包括以下步骤：获得不同调制模式的开关序列和在不同开关角个数N时的开关序列；获得切换前开关序列P(m,N₁)和切换后开关序列P(m,N₂)；获得调制模式切换导致的定子磁链误差；获得两相静止坐标系下磁链误差dψ_α和dψ_β；获得各相开关时刻补偿时间；对切换后的开关序列进行修正，获得新开关序列；根据修正后的开关序列产生PWM脉冲，驱动逆变器，进而驱动电机。根据本发明提供的多模式脉宽调制的切换方法，具有不依赖于具体的调制方式和电机参数、可实现任意时刻切换、提高了定子磁链误差消除的快速性和准确性等诸多优点。

技术领域

本发明涉及一种多模式脉宽调制的切换方法，具体涉及一种应用在大功率牵引传动系统中多模式脉宽调制的切换方法，属于电机控制领域。

背景技术

牵引传动系统具有高电压、大功率、大电流的特点，其开关频率受散热系统的限制，机车牵引变流器的开关频率只有几百赫兹。

相比于普通逆变器，机车牵引系统较低的开关频率对逆变器的调制算法提出了更高的要求，具体表现为以下两点：第一，在运行过程中速度范围较宽，这将导致载波比大幅度变化，因此需要采用多种不同的调制策略以满足不同运行速度的要求；第二，需要实现不同的调制方式之间或者相同调制方式不同载波比之间的平滑切换，保证牵引系统的平稳运行。

对于低载波比情况下的调制方式，国内外学者已经进行了大量的研究，提出了多种在低载波比情况下的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)理论及其实现的方法，并且在此基础上对其进行了优化。包括同步SVPWM、SHEPWM (Selected HarmonicElimination PWM，SHEPWM)和 CHMPWM(Current Harmonic Minimum PWM,CHMPWM)等，每种调制方法都有其优缺点。在实际应用中，为了确保系统的稳定运行，有必要通过合理的切换策略保证系统在不同调制模式间平滑过渡。

在牵引传动系统中，对电机而言，因转子时间常数的关系，转子可以认为是一个理想的波形，电机产生的转矩脉动和电流冲击将主要取决于定子磁链的幅值和相角变化。在调制模式切换过程中，若能保证调制模式切换前后的定子电流定子磁链连续，即可以实现切换过程中电机转矩的平稳输出。

目前所应用较广的切换方法主要为三相独立切换和三相同步切换。三相独立切换通过对电流暂态响应方程分析，选择在谐波电流暂态响为零的点进行切换，但是该方法使用的谐波电流暂态响应分析过程较为繁琐，不同切换过程谐波电流暂态响应不同，通用性不强，且在电平跳变较为分散时，独立切换极易引起脉冲紊乱，导致系统过流，实际应用意义不足。

三相同步切换方法通过对不同切换点的电流特性或是定子磁链特性进行分析对比，选择最优切换点，其中，对于电流特性的分析是基于不同切换点的电流谐波特性，考虑谐波电流的影响，选择最优的切换点，但是电流谐波分析相对困难，且在不同调制模式下差别巨大，通用性不强；对于定子磁链特性的分析是基于不同切换点的定子磁链特性，通过分析谐波磁链幅值和谐波磁链幅值偏差来判断不同切换点前后的定子磁链是否连续，选择最优切换点，该方法只能根据已有的切换点进行最优选择，并未对切换导致的偏差进行相应处理，且需要等待最优切换点才能进行切换，系统快速性不足。

目前已有的切换策方法只能在已有的切换点中进行选择，必须等待最优切换点到来才能进行切换，并且即使是最优切换点，由于调制模式之间优化磁链轨迹之间的存在固定偏差，仍会造成一定的磁链偏差，使得切换过程产生电流冲击和转矩脉动，具有一定的局限性。

因此有必要设计一种通用性较强，不需等待最优切换点，且能够直接对切换导致的定子磁链误差进行消除，使得不同调制模式之间快速且平滑过渡的切换方式。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，提出了一种多模式脉宽调制的切换方法，包括以下步骤：