降低svpwm电机共模电压的方法
阅读说明：本技术 降低svpwm电机共模电压的方法 (Method for reducing common-mode voltage of SVPWM motor ) 是由 张永刚 司文凯 倪振兴 肖健 于 2020-11-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种降低SVPWM电机共模电压的方法,S1：从前级控制环节获得静止电压坐标系下的电压；S2：应用步骤S1中静止电压坐标系下的电压,选取作用矢量电压；S3：选取反矢量电压；S4：依据步骤S3中确定的反矢量电压重新计算反矢量电压时间；S5：确定扇区矢量的切换点。本发明采用了与SVPWM中作用矢量相反的电压代替零矢量,用于抑制SVPWM的共模电压过高,SVPWM在驱动电机时过大的共模电压存在击穿绝缘油膜造成轴间短路,以至烧坏电机的隐患,快速的共模电压变化也会产生较强的电磁干扰,影响临近的其它器件的稳定运行,降低共模电压的大小有效的避免了电机在共模电压过高的情况下受到的损害,起到延长电机寿命,提高电机运行效率,降低故障率的作用。(The invention discloses a method for reducing common-mode voltage of an SVPWM motor, which comprises the following steps of S1: obtaining the voltage under a static voltage coordinate system from a preceding stage control link; s2: selecting action vector voltage by applying the voltage under the static voltage coordinate system in the step S1; s3: selecting an inverse vector voltage; s4: recalculating the reverse vector voltage time from the reverse vector voltage determined in step S3; s5: a switching point for the sector vector is determined. The voltage opposite to the action vector in the SVPWM is adopted to replace a zero vector, so that the overhigh common-mode voltage of the SVPWM is restrained, the overhigh common-mode voltage of the SVPWM breaks an insulating oil film to cause an inter-shaft short circuit when the SVPWM drives the motor, so that the hidden danger of burning out the motor is caused, the strong electromagnetic interference can be generated due to the rapid common-mode voltage change, the stable operation of other adjacent devices is influenced, the damage of the motor under the condition of overhigh common-mode voltage is effectively avoided by reducing the magnitude of the common-mode voltage, and the effects of prolonging the service life of the motor, improving the operation efficiency of the motor and reducing the failure rate are achieved.)
技术领域
本发明涉及SVPWM电机技术领域，尤其涉及一种降低SVPWM电机共模电压的方法。
背景技术
如今电机已经是我们生活中经常接触的仪器，无论是宇宙飞船还是深潜海底几万米的潜艇都需要电机来执行设备中需要运动的部分，所以对电机控制技术的要求是十分重要的，其中三相电机在工业以及军事领域中应用范围非常广泛，控制三相电机的主要方法就是空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术，SVPWM在驱动电机时有共模电压存在，这会使得电机的老化、发热、噪声加重，过大的共模电压甚至有击穿绝缘油膜造成轴间短路，以至烧坏电机的可能，快速的共模电压变化也会产生较强的电磁干扰，影响临近的其它器件的稳定运行，因此在实际控制中对于较大电压的情况下，我们需要采取一些必要的方法降低共模电压的大小，延长电机的使用寿命。
很多情况下降低电机共模电压的途径往往采用增加控制器件的方法，虽然可以有效的降低共模电压的大小，但是在操作中增加器件也会导致以下问题：
1.增加了使用成本，降低生产效率；
2.提高了器件的故障率，器件的增多，将会导致可能存在更多故障点，因为晶体管往往是在复杂的场合下使用，易受外界环境的影响，在操作不当的情况下很容易导致器件损坏；
3.加大了故障排查的难度，由于器件较多，无法很快的排查是主控器件问题还是辅助器件出现问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种降低SVPWM电机共模电压的方法，可以有效的避免了电机在共模电压过高的情况下受到的损害，起到延长电机寿命，提高电机运行效率，降低故障率的作用。
根据本发明实施例的一种降低SVPWM电机共模电压的方法，所述方法步骤如下：
S1：从前级控制环节获得静止电压坐标系下的电压；
S2：应用步骤S1中静止电压坐标系下的电压，选取作用矢量电压；
S3：选取反矢量电压；
S4：依据步骤S3中确定的反矢量电压重新计算反矢量电压时间；
S5：确定扇区矢量的切换点。
优选的，步骤S3中反矢量的选取方法为：
在零矢量U0作用时，由基尔霍夫电压定律可得
uao＝ubo＝uco＝-Udc/2 (1)
由式(1)可求得共模电压Ucm0
Ucm0＝-Udc/2 (2)
第一扇区内，以矢量电压U6单独作用时，得uao＝ubo＝Udc/2，uco＝-Udc/2。根据式(1)得到矢量电压U6作用时共模电压Ucm6＝Udc/6，此时在U6作用下输出电压代替零矢量，在矢量电压U6单独作用时，得uao＝ubo＝Udc/2，uco＝-Udc/2。根据式(1)得到矢量电压U6作用时共模电压Ucm6＝Udc/6，此时在U6作用下输出电压
在矢量电压U1单独作用时，可得uao＝ubo＝-Udc/2，uco＝Udc/2。根据式(1)得到共模电Ucm1＝-Udc/6，此时第一扇区输出电压
已知式(3)和式(4)可得
由式(5)可知选择U6或U1这两个非零电压矢量替代零矢量作用时，它们输出电压和为零，而共模电压为Udc/6。
优选的，步骤S4中计算反矢量电压时间的方法为：
TsUout＝T6U6+T4U4+T1 *U1 (6)
式中T4、T6、T1 *分别为电压U4、U6、U1所作用的时间，Ts为Uout作用的时间，由公式
式中uα、uβ分别为Clark变换后α轴、β轴电压，令V1＝U6T6/Ts,V2＝U4T4/Ts，V3＝V1T1 */Ts，代入式(7)中，得到
其中|U1|＝|U6|＝|U4|＝2Udc/3 (9)
T1 *＝Ts-T4-T6 (10)
将式(9)、(10)代入式(8)中，可以解得：
式中Udc为直流母线的电压，同理，得出其它扇区合成电压矢量作用时间重新分配的计算结果。
本发明中，用反矢量的方法来抑制SVPWM共模电压过高的问题，采用了与SVPWM中作用矢量相反的电压代替零矢量，可以有效的降低零矢量带来的较大共模电压的问题，相比相邻矢量方法，减少了矢量的选取个数，简化了计算量，进而减少开关管的开关次数；反矢量法同时重新分配了SVPWM理论中对各扇区矢量电压的作用时间，避免了反矢量替代零矢量带来的作用时间问题，相比于多器件方法有效的降低成本，避免繁多的器件导致故障率升高以及其他问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提出的一种降低SVPWM电机共模电压的方法的流程框图；
图2为本发明提出的SVPWM变频调电路原理图；
图3为本发明提出的电压空间矢量图；
图4为本发明提出的电压矢量合成图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1，一种降低SVPWM电机共模电压的方法，所述方法步骤如下：
S1：从前级控制环节获得静止电压坐标系下的电压；
S2：应用步骤S1中静止电压坐标系下的电压，选取作用矢量电压；
S3：选取反矢量电压；
S4：依据步骤S3中确定的反矢量电压重新计算反矢量电压时间；
S5：确定扇区矢量的切换点。
一、如何选取作用矢量：
如图3所示，根据图3进行选取。
二、如何选取反矢量方式：
参照图2，在零矢量(这里以矢量U0为例)作用时，由基尔霍夫电压定律可得
uao＝ubo＝uco＝-Udc/2 (1)
Udc为直流母线的电压，由式(1)可求得共模电压
Ucm0＝-Udc/2 (2)
以第一扇区为例，选择合适的非零矢量替代零矢量作用来分析共模电压的变化情况，这里选择U6或U1代替零矢量。
在矢量电压U6单独作用时，得uao＝ubo＝Udc/2，uco＝-Udc/2。根据式(1)得到矢量电压U6作用时共模电压Ucm6＝Udc/6，此时在U6作用下输出电压
在矢量电压U1单独作用时，可得uao＝ubo＝-Udc/2，uco＝Udc/2。根据式(1)得到共模电Ucm1＝-Udc/6，此时第一扇区输出电压
已知式(3)和式(4)可得
由式(5)可知选择U6或U1这两个非零电压矢量替代零矢量作用时，它们输出电压和为零，而共模电压只有Udc/6，共模电压模值实现了从Udc/2下降到Udc/6目的，实现了共模电压的抑制。同理，在其它非零矢量作用下同样都可以得到其共模电压为±Udc/6。
表1反矢量法各扇区波形图
三、如何确定矢量电压时间：
对于无零矢量的作用时间，需要进行重新分配。在传统的SVPWM理论中，每个扇区的合成电压矢量Uout的作用时间分配给这个扇区中的三个矢量(Uout相邻的两个电压矢量与零矢量)，三个矢量与其对应的作用时间相乘相加得到合成电压矢量。用反矢量替代零矢量时，Uout的作用时间要在新的三个矢量上重新分配。具体的分配过程如图4所示，图4为电压矢量合成图。下面仍然以第一扇区为例说明合成电压的作用时间在三个矢量上的分配过程。
TsUout＝T6U6+T4U4+T1 *U1 (6)
式中T4、T6、T1 *分别为电压U4、U6、U1所作用的时间，Ts为Uout作用的时间。
由图4可得
式中uα、uβ分别为Clark变换后α轴、β轴电压，令V1＝U6T6/Ts,V2＝U4T4/Ts，V3＝V1T1 */Ts，代入式(7)中，得到
其中|U1|＝|U6|＝|U4|＝2Udc/3 (9)
T1 *＝Ts-T4-T6 (10)
将式(9)、(10)代入式(8)中，可以解得：
式中Udc为直流母线的电压。
同理，可以得出其它扇区合成电压矢量作用时间重新分配的计算结果。具体的作用时间分配计算公式如表2所示。
表2各个扇区矢量作用时间
四、如何确定切换点
首先定义则3相电压开关时间切换点为Tcm1、Tcm2和Tcm3和各扇区的关系如表2-6所列。
表3各扇区时间切换点Tcm1、Tcm2和Tcm3
N
1
2
3
4
5
6
T<sub>cm1</sub>
T<sub>b</sub>
T<sub>a</sub>
T<sub>a</sub>
T<sub>c</sub>
T<sub>c</sub>
T<sub>b</sub>
T<sub>cm2</sub>
T<sub>a</sub>
T<sub>c</sub>
T<sub>b</sub>
T<sub>b</sub>
T<sub>a</sub>
T<sub>c</sub>
T<sub>cm3</sub>
T<sub>c</sub>
T<sub>b</sub>
T<sub>c</sub>
T<sub>a</sub>
T<sub>b</sub>
T<sub>a</sub>
最后使用一定频率的三角载波信号与各个扇区矢量切换点进行比较，从而产生变化器所得的PWM脉冲信号。
综上所述，该降低SVPWM电机共模电压的方法用反矢量的方法来抑制SVPWM共模电压过高的问题，采用了与SVPWM中作用矢量相反的电压代替零矢量，可以有效的降低零矢量带来的较大共模电压的问题，相比相邻矢量方法，减少了矢量的选取个数，简化了计算量，进而减少开关管的开关次数；反矢量法同时重新分配了SVPWM理论中对各扇区矢量电压的作用时间，避免了反矢量替代零矢量带来的作用时间问题，相比于多器件方法有效的降低成本，避免繁多的器件导致故障率升高以及其他问题。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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