CN113938071B - 三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制方法及其装置，该方法包括：根据给定电压获得过调制系数；根据给定电压、过调制系数和三相逆变器的母线电压计算三相占空比，并对计算出的三相占空比进行限制；用经过限制后的三相占空比控制三相逆变器，以驱动单相电机。本发明可以控制三相逆变器输出单相电机所需的电压，从而实现对单相电机的控制。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制技术，尤其涉及单相电机的控制技术。
背景技术
单相电机是一类常见的电机，特别是单相异步电机，常用于风扇、水泵等应用。单相电机虽名为“单相”，其实具有两相绕组。与三相电机的三相电流相位互差120°不同，单相电机两相绕组的电流相位一般相差90°，这样可以形成圆形或椭圆形旋转磁场，从而驱动电机运行。
三相逆变器通常用于控制三相电机，其三相输出电压相位一般互差120°，因此无法直接用于驱动单相电机运行。要实现三相逆变器驱动单相电机，需要针对于单相电机的空间矢量调制方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制方法，其可以控制三相逆变器输出单相电机所需的电压，从而实现对单相电机的控制。
根据本发明一实施例的一种三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制方法，包括以下步骤：
根据给定电压获得过调制系数；
根据给定电压、过调制系数和三相逆变器的母线电压计算三相占空比，并对计算出的三相占空比进行限制；
用经过限制后的三相占空比控制三相逆变器，以驱动单相电机。
本发明还提供了一种三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制装置，包括至少一个处理器以及与至少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令；该至少一个处理器用于执行所述指令以实现前述的三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制方法。
本发明至少具有以下优点：
本发明实施例可以使三相逆变器的输出电压幅值在过调制区也能与给定电压幅值相同，从而保证三相逆变器输出单相电机所需的电压，而不会因为工作在过调制区使输出电压有所降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例的三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制方法的流程示意图。
图2示出了采用根据本发明实施例的空间矢量调制方法的三相逆变器与单相电机的连接示意图。
具体实施方式
请参阅图1。根据本发明实施例的三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制方法，包括以下步骤：
a、根据给定电压获得过调制系数；
b、根据给定电压、过调制系数和三相逆变器的母线电压计算三相占空比，并对计算出的三相占空比进行限制；
c、用经过限制后的三相占空比控制三相逆变器，以驱动单相电机。
以下结合一具体的实施方式对本发明实施例的三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制方法及工作原理进行更具体的说明。
图2示出了采用根据本发明实施例的空间矢量调制方法的三相逆变器与单向电机的连接示意图。如图所示，单相电机1的第一绕组11(两相绕组中的任意一相)的一端与三相逆变器2的第一相桥臂21(三相逆变器2的三相桥臂中的任意一相)的中间节点相连接，单相电机1的第二绕组12(两相绕组中的另一相)的一端与三相逆变器2的第二相桥臂22(三相逆变器2的剩余两相桥臂中的任意一相)的中间节点相连接，单相电机1的第一绕组11的另一端、单相电机1的第二绕组12的另一端的共接点与三相逆变器2的第三相桥臂23(变频器三相桥臂的剩余一相)的中间节点相连。
根据本发明实施例的三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制方法，包括以下步骤：
步骤a、根据两相静止坐标系下的α轴给定电压Uα和β轴给定电压Uβ计算过调制系数K。步骤a进一步包括：
a1、根据给定电压幅值Umag和母线电压Udc计算输出电压系数r'；
根据两相静止坐标系下的α轴给定电压Uα和β轴给定电压Uβ计算给定电压幅值Umag，计算公式如下式：
其中，α轴给定电压Uα和β轴给定电压Uβ由电机驱动控制算法得到，在本实施例中，该电机驱动控制算法为矢量控制算法，但不限于此。
给定电压幅值Umag的最大值为如计算出的给定电压幅值Umag小于等于/>则令给定电压幅值Umag等于/>如果计算出的给定电压幅值Umag超过/>则令给定电压幅值Umag为/>即可；
输出电压系数r'计算如下：
a2、根据输出电压系数r'计算输入电压系数r；
当时，r与r'有如下关系：
r′＝r；
当时，r与r'有如下关系：
当时，r与r'有如下关系：
当时，r与r'有如下关系：
根据上述关系式就可以计算得到输入电压系数r。由于给定电压幅值Umag的最大值为因此输出电压系数r'的最大值为/>
a3、根据输出电压系数r'和输入电压系数r，计算过调制系数K：
步骤b、根据两相静止坐标系下的α轴给定电压Uα和β轴给定电压Uβ、过调制系数K和三相逆变器的母线电压Udc计算三相占空比，并对计算出的三相占空比进行限制；步骤b进一步包括：
b1、计算Uα、Uβ以及0三者的最大值，记为Umax，计算Uα、Uβ以及0三者的最小值，记为Umin；
b2、根据Umax、Umin、过调制系数K、三相逆变器的母线电压Udc、α轴给定电压Uα和β轴给定电压Uβ计算逆变器第一相桥臂的占空比D1、逆变器第二相桥臂的占空比D2和逆变器第三相桥臂的占空比D3：
b3、对三相占空比进行限制；
将步骤b2计算得到的三相占空比D1、D2和D3限制到[0,1]区间，也就是：当D1大于1时，令D1为1，当D1小于零时，令D1为零；当D2大于1时，令D2为1，当D2小于零时，令D2为零；当D3大于1时，令D3为1，当D3小于零时，令D3为零。
步骤c、按照限制后的三相占空比控制三相逆变器运行，输出电压。
记载波周期为Ts。对于三相逆变器2的第一相桥臂21，控制该桥臂在Ts×D1时间内输出高电平，Ts×(1-D1)时间内输出低电平即可；对于三相逆变器2的第二相桥臂22，控制该桥臂在Ts×D2时间内输出高电平，Ts×(1-D2)时间内输出低电平即可；对于三相逆变器2的第三相桥臂23，控制该桥臂在Ts×D3时间内输出高电平，Ts×(1-D3)时间内输出低电平即可。
本发明的实施例还提供了一种三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制装置，包括至少一个处理器以及与至少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，该至少一个处理器用于执行所述指令以实现前述的三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制方法。
在一种具体的实施方式中，上述的三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制装置为变频器。
现有的三相逆变器的输出电压较低时，其通常工作在线性调制区，此时输出电压基波幅值与给定电压幅值相同，当输出电压升高至一定程度后，三相逆变器会进入过调制区，此时输出电压基波幅值会小于给定电压幅值。根据本发明本实施例的三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制方法及其装置可以使三相逆变器的输出电压幅值在过调制区也能与给定电压幅值相同，从而保证三相逆变器输出单相电机所需的电压，而不会因为工作在过调制区使输出电压有所降低。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (2)
1.一种三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制方法，其特征在于，包括：
根据给定电压获得过调制系数；
根据所述给定电压、所述过调制系数和所述三相逆变器的母线电压计算三相占空比，并对计算出的三相占空比进行限制；
用经过限制后的三相占空比控制所述三相逆变器，以驱动所述单相电机；
所述的根据给定电压获得过调制系数包括以下步骤：
根据给定电压幅值Umag和母线电压Udc计算输出电压系数r'：
根据输出电压系数r'计算输入电压系数r；
根据输出电压系数r'和输入电压系数r，计算过调制系数K：
所述的给定电压幅值Umag通过以下方式获得：
首先，根据两相静止坐标系下的α轴给定电压Uα和β轴给定电压Uβ计算给定电压幅值Umag：
如计算出的给定电压幅值Umag小于等于则令给定电压幅值Umag等于如计算出的给定电压幅值Umag超过/>则令给定电压幅值Umag等于
通过以下关系式根据输出电压系数r'计算输入电压系数r：
当时，r与r'有如下关系：
r′＝r；
当时，r与r'有如下关系：
当时，r与r'有如下关系：
当时，r与r'有如下关系：
根据所述给定电压、所述过调制系数和所述三相逆变器的母线电压计算三相占空比，并对计算出的三相占空比进行限制，包括以下步骤：
计算Uα、Uβ以及0三者的最大值，记为Umax，计算Uα、Uβ以及0三者的最小值，记为Umin，Uα和Uβ分别为两相静止坐标系下的α轴给定电压和β轴给定电压；
根据Umax、Umin、所述过调制系数、所述三相逆变器的母线电压、α轴给定电压Uα和β轴给定电压Uβ计算逆变器第一相桥臂的占空比D1、逆变器第二相桥臂的占空比D2和逆变器第三相桥臂的占空比D3：
其中，所述逆变器第一相桥臂的中间节点连接于所述单相电机的第一绕组的一端，所述逆变器第二相桥臂的中间节点连接于所述单相电机的第二绕组的一端，所述逆变器第三相桥臂的中间节点连接于所述单相电机的第一绕组的另一端和第二绕组的另一端的共接点；
将计算得到的三相占空比D1、D2和D3限制到[0,1]区间，即：当D1大于1时，令D1为1，当D1小于零时，令D1为零；当D2大于1时，令D2为1，当D2小于零时，令D2为零；当D3大于1时，令D3为1，当D3小于零时，令D3为零。
2.一种三相逆变器驱动单相电机的空间矢量调制装置，包括至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令；其特征在于，所述至少一个处理器用于执行所述指令以实现如权利要求1所述的方法。
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