[发明专利]基于三相独立H桥驱动电路的电压空间矢量PWM控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及三相交流永磁同步力矩电机的电压空间矢量PWM控制技术领域。

背景技术

对于三相交流永磁同步力矩电机，提高输出转矩的方法基本分两类，一类是在电机外形尺寸不变的情况下，通过提高电机的电源供电电压来增大电机绕组的电流，以此提高电机的输出转矩，但该方法会提高电路系统的电压等级，增加器件的选配难度，降低电路抗干扰能力和可靠性；另一类方法是根据电机的输出转矩与其直径成正比的关系，改变电机的外形尺寸，增大电机的转子和定子直径来提高输出转矩，但该方法不适合对尺寸有严格要求的应用环境。因此，在某些特殊的场合，三相交流永磁力矩电机会采用三相独立H桥驱动电路进行驱动控制，该驱动电路为三个独立的H桥驱动电路并联组成，每个H桥电路包括4个带有续流二极管的开关器件，每个H桥连接电机定子的一相绕组，采用该驱动电路可以在不增加电源供电电压，不改变电机尺寸的情况下有效提高电机输出转矩的数值和调节精度。由于该驱动电路结构不同于常用的三桥臂驱动电路结构，传统的电压空间矢量PWM控制方法不再适用于该电路结构，因此需要发展一套针对三相独立H桥驱动电路结构的电压空间矢量PWM控制方法。

发明内容

本发明提供一种采用三相独立H桥驱动电路的电压空间矢量PWM控制方法，充分发挥三相独立H桥驱动电路的优势，在不增加电源供电电压，不改变电机尺寸的情况下有效提高三相交流永磁同步力矩电机输出转矩的数值和调节精度。

本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：

基于三相独立H桥驱动电路的电压空间矢量PWM控制方法，包括以下步骤：

步骤1，根据三相独立H桥驱动电路的工作原理，将单个H桥的三种工作方式正向导通、反向导通和关断分别等效为“1”、“-1”和“0”。根据三个H桥的开关模式共组合成27个工作状态，得到27个电压空间矢量，排除幅值较小和物理上不可实现的矢量，从中选出14个矢量作为基本电压空间矢量，包括6个长矢量、6个短矢量和2个零矢量。

步骤2，根据14个基本电压空间矢量形成了正六边形的电压空间矢量轨迹，正六边形的内切圆是进行交流电机电压空间矢量PWM控制时所需的电压矢量圆，圆的半径为基本电压空间矢量中短矢量的最大幅值。

步骤3，电压矢量圆从I～XII共划分为12个扇区，落在某个扇区内的期望输出的电压空间矢量U_out由该扇区边缘的两个长短基本电压空间矢量按照平行四边形法则线性合成。电压空间矢量的幅值等效为每个PWM周期内该矢量的作用时间。

步骤4，期望输出的电压空间矢量U_out经过Park逆变换后转变为αβ坐标系下的矢量U_α和U_β，根据U_α和U_β可确定期望输出的电压空间矢量所在扇区的长短基本电压空间矢量的作用时间。将U_α和U_β进行Clarke逆变换得到三个参考值V_ref1、V_ref2和V_ref3，根据三个参考值可最终确定扇区。

优选的，步骤1中选出14个基本电压空间矢量：6个长矢量分别是1-1-1、11-1、-11-1、-111、-1-11、1-11；6个短矢量分别是10-1、01-1、-110、-101、0-11、1-10；2个零矢量分别是111、-1-1-1；

步骤3，12个基本电压空间矢量将电压矢量圆分割成编号为I～XII的12个扇区，在一个PWM周期内，当期望输出的电压空间矢量U_out落在某个扇区内时，就用该扇区边缘的两个长短基本电压空间矢量按照平行四边形法则线性合成期望输出的电压空间矢量。电压空间矢量的幅值等效为在PWM周期内该矢量的作用时间，每个PWM周期等于期望输出的电压空间矢量的作用时间和零矢量的作用时间之和。设PWM周期为T，如果期望输出的电压空间矢量U_out落在I扇区内，则该矢量由U₀、U₃₀线性合成，其作用时间分别设为T₁、T₂，由此可得如下表达式：