本發(fā)明涉及pwm調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種七段式svpwm調(diào)制方法及調(diào)制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

三相逆變是通過逆變電路把直流電轉(zhuǎn)變成三相交流電的過程，三相逆變在新能源的開發(fā)、電力有源濾波器、無功發(fā)生器、光伏、風(fēng)能、儲能電池等設(shè)備中被廣泛應(yīng)用。三相逆變通常采用如圖1所示的逆變橋電路(或稱逆變器電路)，在逆變橋電路中具有六只功率開關(guān)器件t1～t6，c1～c6分別是六只功率開關(guān)器件的驅(qū)動信號，u、v、w為逆變橋電路輸出的三相相電壓，udc是逆變橋電路的直流電壓。通過控制電路對逆變橋電路進行有序控制，使逆變橋電路輸出三相交流電。

svpwm(空間矢量脈寬調(diào)制，spacevectorpulsewidthmodulation)調(diào)制技術(shù)是在三相逆變過程中，產(chǎn)生三相逆變橋電路中六只功率開關(guān)器件的驅(qū)動信號c1～c6，用所產(chǎn)生的驅(qū)動信號控制六只功率開關(guān)器件，最終使逆變電路輸出三相交流電。

將逆變電路輸出的三相相電壓u、v、w分別加在空間上互差120°的三相平面靜止坐標(biāo)系上，可以定義三個電壓空間矢量u(t)、v(t)、w(t)，它們的方向始終在各相的軸線上，而大小則隨時間按正弦規(guī)律做變化，時間相位互差120°，如圖2所示。假設(shè)um為相電壓的有效值，f為電源頻率，則有：

u(t)＝umcos(θ)(1)

v(t)＝umcos(θ-2π/3)(2)

w(t)＝umcos(θ+2π/3)(3)

其中，θ＝2πft＝ωt，三相電壓空間矢量相加的合成空間矢量u(t)可以表示為：

可見，u(t)是一個旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值為相電壓峰值um的1.5倍，且以角頻率ω＝2πf按逆時針方向勻速旋轉(zhuǎn)；空間矢量u(t)在三相坐標(biāo)軸上的投影就是對稱的三相正弦量。

三相逆變的原理就是使圖1中逆變橋電路輸出的u、v、w合成的矢量vref盡量模擬圖2中的矢量圓。在圖1中，六只功率開關(guān)器件可分為三個橋臂，分別為u臂、v臂和w臂，三個橋臂均工作在開關(guān)狀態(tài)；每一橋臂的兩器件不能全通，也不能全閉；定義上開下關(guān)為1，上關(guān)下開為0。這樣，u臂、v臂、w臂的工作狀態(tài)可分為(001)、(010)、(011)、(100)、(101)、(110)六個基本矢量，以及(000)、(111)兩個零矢量?？梢岳斫饬闶噶繒r逆變橋電路不輸出能量，六個基本矢量組成了基本矢量空間。六個基本矢量把基本矢量空間分割成六個區(qū)間：它們分別是i、ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ、ⅵ區(qū)間，如圖3所示。把一個輸出逆變周期等分成六個扇區(qū)，一個扇區(qū)分成n等分，每一份就是一個調(diào)制周期(或稱開關(guān)周期)，即：一個扇區(qū)內(nèi)包含n個調(diào)制周期。

結(jié)合圖4，svpwm調(diào)制原理的四個基本公式如下：

ts＝tk+tk+1+t0(6)

式(7)和(8)適用于第i扇區(qū)；在其他扇區(qū)內(nèi)，由于θ角度的不同，因此式(7)和(8)會有差異。上面四個式子中，vref為合成的矢量(或稱參考電壓矢量，亦即旋轉(zhuǎn)矢量)，v0為零矢量(000)或(111)，ts為svpwm調(diào)制周期，tk為矢量vk所作用的時間，tk+1為矢量vk+1所作用的時間，t0為矢量v0所作用的時間。在第i扇區(qū)內(nèi)，vk為(100)，vk+1為(110)；在ⅱ扇區(qū)內(nèi)，vk為(110)，vk+1為(010)；在第ⅲ扇區(qū)內(nèi)，vk為(010)，vk+1為(011)；在第ⅳ扇區(qū)內(nèi)，vk為(011)，vk+1為(001)；在第ⅴ扇區(qū)內(nèi)，vk為(001)，vk+1為(101)；在第ⅵ扇區(qū)內(nèi)，vk為(101)，vk+1為(100)。參考電壓矢量vref旋轉(zhuǎn)到某一扇區(qū)內(nèi)的某一角度θ時，其是該扇區(qū)相鄰矢量vk、vk+1和零矢量v0在這個調(diào)制周期內(nèi)共同作用的結(jié)果，其數(shù)值大小等于三個矢量分別乘其作用時間tk、tk+1和t0與調(diào)制周期ts比值之和。udc為逆變系統(tǒng)的直流母線電壓。

svpwm的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個開關(guān)周期內(nèi)通過對基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等，見公式(5)及圖4。在某個時刻，電壓矢量旋轉(zhuǎn)到某個區(qū)域中，可由組成這個區(qū)域的兩個相鄰的非零矢量和零矢量在時間上的不同組合來得到，見公式(5)和(6)。兩個相鄰矢量的作用時間在一個開關(guān)周期內(nèi)分多次施加，從而控制各個電壓矢量的作用時間，見公式(7)和(8)，使電壓空間矢量按接近圓的軌跡旋轉(zhuǎn)。

參見圖5，圖5是svpwm七段式調(diào)制在基本矢量空間的六個扇區(qū)的調(diào)制波形。圖5中，零矢量(000)用v0表示，(111)用v7表示。圖5中只示出了用于驅(qū)動逆變橋電路的三個橋臂中的上功率開關(guān)器件的驅(qū)動波形c1-c3，下功率開關(guān)器件的驅(qū)動波形c4-c6是驅(qū)動波形c1-c3的非。調(diào)制波形規(guī)定了參考電壓矢量vref在每個扇區(qū)，在一個svpwm調(diào)制周期ts內(nèi)，相鄰矢量vk、vk+1和零矢量(v0、v7)作用的順序，時間分配的比率。隨參考電壓矢量vref的旋轉(zhuǎn)角度或位置不同，相鄰矢量vk、vk+1的作用時間tk、tk+1是不斷變化的，但調(diào)制波形的基本構(gòu)成不變。

svpwm調(diào)制的經(jīng)典方法是七段式調(diào)制，把公式(7)和(8)中的參考電壓矢量vref分解為α、β直角坐標(biāo)中的vα和vβ兩個分量；或利用相差120°的三相信號源，通過clark變換，轉(zhuǎn)變成α、β直角坐標(biāo)中的vα和vβ兩個分量，然后利用vα和vβ控制svpwm過程。

svpwm七段式調(diào)制是現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛、總諧波(thd)含量最低的一種方法。但是，利用參考電壓矢量vref和公式(7)和(8)直接控制svpwm調(diào)制涉及到大量三角函數(shù)運算，比較繁瑣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一就是提供一種七段式svpwm調(diào)制方法，該方法利用極坐標(biāo)ρ、θ控制svpwm調(diào)制的過程，可解決現(xiàn)有的七段式調(diào)制運算復(fù)雜、繁瑣的問題。

本發(fā)明的目的之二就是提供一種七段式svpwm調(diào)制系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制原理有別于經(jīng)典的七段式調(diào)制，調(diào)制時只需輸入有限的幾個三角函數(shù)值即可完成調(diào)制，且逆變效果仿真分析總諧波與經(jīng)典的七段式調(diào)制基本相同。

本發(fā)明的目的之一是這樣實現(xiàn)的：一種七段式svpwm調(diào)制方法，包括如下步驟：

第一步：將基本矢量空間分為六個扇區(qū)，每一扇區(qū)內(nèi)具有n個svpwm調(diào)制波；在任一svpwm調(diào)制波內(nèi)，合成的參考電壓矢量vref由所在扇區(qū)的兩個相鄰非零矢量vk、vk+1以及零矢量按作用時間比例構(gòu)成；

參考電壓矢量vref的表達(dá)式為：

式①中，v0為零矢量(000)或(111)，ts為svpwm調(diào)制周期，tk為矢量vk所作用的時間，tk+1為矢量vk+1所作用的時間，t0為矢量v0所作用的時間；在第一扇區(qū)內(nèi)，vk為(100)，vk+1為(110)；在第二扇區(qū)內(nèi)，vk為(110)，vk+1為(010)；在第三扇區(qū)內(nèi)，vk為(010)，vk+1為(011)；在第四扇區(qū)內(nèi)，vk為(011)，vk+1為(001)；在第五扇區(qū)內(nèi)，vk為(001)，vk+1為(101)；在第六扇區(qū)內(nèi)，vk為(101)，vk+1為(100)；

ts、tk、tk+1的表達(dá)式如下：

ts＝tk+tk+1+t0②

式③和④適用于第一扇區(qū)，θ為參考電壓矢量vref的旋轉(zhuǎn)角度；udc是逆變器直流電壓；

第二步：在第一扇區(qū)，用周期為ts的單位幅值的等腰三角形鋸齒波對正弦波信號進行規(guī)則采樣，采樣值分別如下：

x(k+1)i＝sin(δθi)⑥

式⑤、⑥和⑦中，i＝0～n；δθ為采樣間隔，且δθ＝π/3×n；

公式⑥可替換為x(k+1)i＝xk(n-i)，i＝0～n；

第三步：設(shè)置比較參數(shù)va、vb和vc；且三個比較參數(shù)滿足如下公式：

式⑨適用于第一、三、五扇區(qū)；式⑩適用于第二、四、六扇區(qū)；

第四步：將周期為ts的單位幅值的等腰三角形鋸齒波與比較參數(shù)va、vb和vc進行比較，獲得第一扇區(qū)的svpwm調(diào)制波；

本步驟中，當(dāng)周期為ts的單位幅值的等腰三角形鋸齒波小于va、vb或vc時，所獲得的svpwm調(diào)制波對應(yīng)為低電平；當(dāng)周期為ts的單位幅值的等腰三角形鋸齒波大于等于va、vb或vc時，所獲得的svpwm調(diào)制波對應(yīng)為高電平；

第五步：按照上述獲取第一扇區(qū)的svpwm調(diào)制波的方法，獲得其他五個扇區(qū)的svpwm調(diào)制波。

本發(fā)明的目的之二是這樣實現(xiàn)的：一種七段式svpwm調(diào)制系統(tǒng)，包括四個輸入端、一個輸出端、模2計數(shù)器、模6計數(shù)器、第一兩路選擇開關(guān)、第二兩路選擇開關(guān)、第一加法器、第二加法器、第三加法器、減法器、乘法器、第一比較器、第二比較器、第三比較器、三個六路選擇開關(guān)以及三個反向器；

四個輸入端分別為：輸入離散的采樣值的第一輸入端，輸入離散的采樣值x(k+1)i＝sin(δθi)的第二輸入端，輸入頻率為6f的方波信號的第三輸入端，輸入周期為ts的單位幅值的等腰三角形鋸齒波信號的第四輸入端；其中，δθ＝π/3×n，n為基本矢量空間六個扇區(qū)中每一扇區(qū)內(nèi)的svpwm調(diào)制波個數(shù)，f為逆變器的輸出頻率，ts為svpwm調(diào)制周期；

第一輸入端和第二輸入端分別接第一兩路選擇開關(guān)的兩個輸入端，第一輸入端和第二輸入端同時還分別接第二兩路選擇開關(guān)的兩個輸入端，第三輸入端經(jīng)模2計數(shù)器后分別與第一兩路選擇開關(guān)和第二兩路選擇開關(guān)的控制端相接，在模2計數(shù)器的控制下，在奇扇區(qū)內(nèi)，第一兩路選擇開關(guān)輸出xki，第二兩路選擇開關(guān)輸出x(k+1)i；在偶扇區(qū)內(nèi)，第一兩路選擇開關(guān)輸出x(k+1)i，第二兩路選擇開關(guān)輸出xki；

第一輸入端和第二輸入端分別接第三加法器的兩個輸入端，第三加法器的輸出端接減法器的一個輸入端，減法器的另一輸入端輸入1，減法器的輸出端接乘法器，乘法器輸出va，且其中

乘法器的輸出端分別與第一比較器和第一加法器的輸入端相接，第一加法器的另一輸入端接第一兩路選擇開關(guān)的輸出端，第一加法器輸出vb，在奇扇區(qū)內(nèi)，在偶扇區(qū)內(nèi)，第一加法器的輸出端分別與第二比較器和第二加法器的輸入端相接，第二加法器的另一輸入端接第二兩路選擇開關(guān)的輸出端，第二加法器輸出vc，且第二加法器的輸出端與第三比較器的輸入端相接；

第四輸入端分別與第一比較器、第二比較器、第三比較器的輸入端相接，第一比較器、第二比較器、第三比較器的輸出端分別與三個六路選擇開關(guān)的輸入端相接；第三輸入端經(jīng)模6計數(shù)器后分別與三個六路選擇開關(guān)的控制端相接，在模6計數(shù)器的控制下，三個六路選擇開關(guān)選擇性輸出三個比較器以排列形式輸出的信號；

三個六路選擇開關(guān)的輸出端一方面與輸出端相接，另一方面各經(jīng)一個反向器后與輸出端相接，輸出端輸出用于驅(qū)動逆變器電路中六只功率開關(guān)器件的六路驅(qū)動信號。

優(yōu)選的，本發(fā)明所提供的七段式svpwm調(diào)制系統(tǒng)，還包括第一乘法器和第二乘法器；第一輸入端經(jīng)所述第一乘法器后分別與第一兩路選擇開關(guān)、第二兩路選擇開關(guān)和第三加法器相接，第二輸入端經(jīng)所述第二乘法器后分別與第一兩路選擇開關(guān)、第二兩路選擇開關(guān)和第三加法器相接；第一乘法器用于使第一輸入端輸入的采樣值xki擴大a倍，第二乘法器用于使第二輸入端輸入的采樣值x(k+1)i擴大a倍，且0＜a＜1。

優(yōu)選的，本發(fā)明所提供的七段式svpwm調(diào)制系統(tǒng)中第一比較器用于對va與單位幅值的等腰三角形鋸齒波進行比較，當(dāng)單位幅值的等腰三角形鋸齒波小于va時，第一比較器輸出低電平，否則輸出高電平；第二比較器用于對vb與單位幅值的等腰三角形鋸齒波進行比較，當(dāng)單位幅值的等腰三角形鋸齒波小于vb時，第二比較器輸出低電平，否則輸出高電平；第三比較器用于對vc與單位幅值的等腰三角形鋸齒波進行比較，當(dāng)單位幅值的等腰三角形鋸齒波小于vc時，第三比較器輸出低電平，否則輸出高電平。

經(jīng)典七段式svpwm調(diào)制方法是無論輸入何種方式的控制信號，最后控制信號均轉(zhuǎn)換成αβ兩軸直角坐標(biāo)方式，由參考電壓矢量vref在αβ軸上的投影來控制svpwm調(diào)制過程。本發(fā)明采用極坐標(biāo)方式的輸入控制信號，即輸入幅度ρ和角度θ信息控制，幅度ρ為控制中的參考電壓矢量vref，θ為參考電壓矢量的移相角，相當(dāng)于逆變器電路輸出的ωt，以θ的正弦函數(shù)形式控制svpwm調(diào)制過程。一般認(rèn)為這種方法涉及到大量的三角函數(shù)運算而不被采用。但本發(fā)明采樣歸一化后可以簡化計算，使svpwm調(diào)制非常簡單，更適合解耦控制。

本發(fā)明的優(yōu)點是簡化了傳統(tǒng)svpwm調(diào)制的大量繁瑣計算，如果采用硬件調(diào)制，其過程調(diào)制是僅輸入有限的幾個三角函數(shù)值，即可完成svpwm調(diào)制；按照這個硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，也可以將此方法移植到軟件調(diào)制。

本發(fā)明所提供的基于極坐標(biāo)的svpwm七段式調(diào)制比經(jīng)典的七段式svpwm調(diào)制方法要簡單，諧波分析表明總諧波(thd)與經(jīng)典方法svpwm七段式調(diào)制相同。

附圖說明

圖1是三相逆變橋電路的主回路示意圖。

圖2是逆變電路輸出三相相電壓在三相平面靜止坐標(biāo)系上的示意圖。

圖3是六個基本矢量組成的基本矢量空間的示意圖。

圖4是合成的參考電壓矢量在基本矢量空間第一扇區(qū)內(nèi)與相鄰矢量零矢量之間的關(guān)系示意圖。

圖5是七段式svpwm調(diào)制在基本矢量空間的六個扇區(qū)的調(diào)制波形；其中，圖5(a)是第i扇區(qū)調(diào)制波形，圖5(b)是第ⅱ扇區(qū)調(diào)制波形，圖5(c)是第ⅲ扇區(qū)調(diào)制波形，圖5(d)是第ⅳ扇區(qū)調(diào)制波形，圖5(e)是第ⅴ扇區(qū)調(diào)制波形，圖5(f)是第ⅵ扇區(qū)調(diào)制波形。

圖6是在一個調(diào)制周期內(nèi)采樣值xki、x(k+1)i、x0i與tki、t(k+1)i、t0i之間的對應(yīng)關(guān)系示意圖。

圖7是七段式svpwm調(diào)制波形在第一扇區(qū)的波形以及與之相對應(yīng)的、幅值為1的等腰三角形兩者之間的關(guān)系示意圖。

圖8是本發(fā)明所提供的七段式svpwm調(diào)制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9中，圖9(a)是第三輸入端輸入的頻率為300hz的方波信號示意圖，圖9(b)是模2計數(shù)器輸出的頻率為150hz的方波信號示意圖，圖9(c)是模6計數(shù)器輸出的頻率為50hz的階梯狀信號示意圖。

圖10是本發(fā)明仿真所得未濾波的4個周期的三相線電壓波形示意圖。

圖11是本發(fā)明仿真所得未濾波的1個周期的三相線電壓波形示意圖。

圖12是本發(fā)明仿真所得濾波后的4個周期的三相線電壓波形示意圖。

圖13是本發(fā)明仿真所得三相相電壓的波形示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種七段式svpwm調(diào)制的實現(xiàn)方法(包括調(diào)制方法及調(diào)制系統(tǒng))。本發(fā)明是在svpwm調(diào)制基本原理的基礎(chǔ)上，在傳統(tǒng)七段式svpwm的調(diào)制波形的基礎(chǔ)上完成的。本發(fā)明具體是提供了svpwm生成調(diào)制波的計算方法以及它的svpwm調(diào)制硬件電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法可以移植為svpwm軟件調(diào)制方案。

本發(fā)明所提供的svpwm調(diào)制系統(tǒng)(也可稱調(diào)制電路)，只需輸入離散的、有限的幾個正弦信號采樣點值即可完成svpwm調(diào)制。其過程是：

在基本矢量空間六個扇區(qū)共有等間隔采樣點m＝6n，相當(dāng)于360°一周的采樣點數(shù)；n為每個扇區(qū)的采樣點數(shù)，則采樣間隔為如果逆變器輸出頻率為f，則調(diào)制頻率為fs＝6nf，調(diào)制周期為例如，當(dāng)f＝50hz，n＝12，則采樣間隔δθ＝5°，svpwm調(diào)制頻率為fs＝3.6khz，調(diào)制周期為

下面以第i扇區(qū)為例，介紹svpwm調(diào)制方法。

在基本矢量空間的第一扇區(qū)，即0-60°，用單位幅值的等腰三角形鋸齒波對正弦信號做規(guī)則采樣。正弦信號的采樣值分別為：

x(k+1)i＝sin(δθi)，i＝0～n(10)

其中，δθ為采樣間隔。實際上，采樣值就是相應(yīng)點δθi和的三角函數(shù)值。

由公式(9)、(10)可以看出，有：

x(k+1)i＝xk(n-i)，i＝0～n(12)

所以，實際svpwm調(diào)制中，當(dāng)n＝12時，僅需輸入xki的13個三角函數(shù)值，即可完成調(diào)制，13個x(k+1)i可以通過公式(12)推導(dǎo)獲得，13個x0i可以通過公式(11)計算獲得。

svpwm調(diào)制原理的四個基本公式如下：

ts＝tk+tk+1+t0(6)

設(shè)a為幅度系數(shù)，且當(dāng)a＝1時，比值和具有最大值，參考電壓矢量vref具有最大幅值，逆變器輸出也為最大值；當(dāng)a＝0時，參考電壓矢量vref為零，逆變器輸出最小。調(diào)整a值可以獲得不同的參考電壓矢量vref，vref的幅值是可調(diào)的，同時可使逆變器獲得不同的輸出。vref相當(dāng)于基于極坐標(biāo)控制中的矢量ρ。

當(dāng)vref旋轉(zhuǎn)到θi時，在δθ間隔內(nèi)，相當(dāng)于svpwm的一個調(diào)制周期ts內(nèi)，采樣值xki、

x(k+1)i、x0i就是相應(yīng)的相鄰矢量持續(xù)時間tki、t(k+1)i和t0i與調(diào)制周期ts在a＝1時的比值，具體公式如下：

x0i＝1-a(xki+x(k+1)i)。(16)

如圖6所示，當(dāng)采樣點為θi時，用相似三角形圖解了xki、x(k+1)i、x0i與tki、t(k+1)i、t0i之間的對應(yīng)關(guān)系，證明了公式(13)～(16)成立。隨著θi的變化，比值xki、x(k+1)i以及相鄰向量的持續(xù)時間tki、t(k+1)i均發(fā)生變化。

如果逆變器輸出頻率為f＝50hz，svpwm調(diào)制頻率為fs，輸出一個周波內(nèi)有m＝(fs/f)個svpwm調(diào)制波，一個扇區(qū)內(nèi)分配n＝(m/6)個svpwm調(diào)制波。

例如，當(dāng)n＝12時，在一個扇區(qū)內(nèi)有12個svpwm調(diào)制波；m＝6n＝72，一個周波內(nèi)有72個svpwm調(diào)制波，svpwm調(diào)制頻率為fs＝72×50＝3.6khz，采樣間隔δθ＝5°。

由公式(9)i＝0～n；可得：

xk0＝sin60°、xk1＝sin55°、xk2＝sin50°、xk3＝sin45°、xk4＝sin40°、xk5＝sin35°、xk6＝sin30°、xk7＝sin25°、xk8＝sin20°、xk9＝sin15°、xk10＝sin10°、xk11＝sin5°、xk12＝sin0°。

由公式(12)x(k+1)i＝xk(n-i)，i＝0～n，推導(dǎo)出：

x(k+1)0＝sin0°、x(k+1)1＝sin5°、x(k+1)2＝sin10°、x(k+1)3＝sin15°、x(k+1)4＝sin20°、x(k+1)5＝sin25°、x(k+1)6＝sin30°、x(k+1)7＝sin35°、x(k+1)8＝sin40°、x(k+1)9＝sin45°、x(k+1)10＝sin50°、x(k+1)11＝sin55°、x(k+1)12＝sin60°。

由公式(11)i＝0～n，計算出：x00、x01、x02、x03、x04、x05、x06、x07、x08、x09、x010、x011、x012。

可以看出，在n＝12的svpwm調(diào)制過程中，調(diào)制電路僅輸入xki的13個三角函數(shù)值即可完成svpwm調(diào)制，其它x0i、x(k+1)i值可通過推導(dǎo)和計算獲得。當(dāng)然，x(k+1)i值也可通過公式(10)計算得知。

在基于極坐標(biāo)的控制中，旋轉(zhuǎn)矢量ρ的角度θ＝ωt也作為一個控制參量，在本發(fā)明中，用θ的正弦函數(shù)xki、x(k+1)i、x0i做控制參量；xki、x(k+1)i、x0i已經(jīng)包含了角度信息。

其它五個扇區(qū)可重復(fù)使用這些數(shù)據(jù)。

參見圖7，圖7所示為七段式svpwm調(diào)制波形在第一扇區(qū)的波形以及與之相對應(yīng)的、幅值為1的等腰三角形兩者之間的關(guān)系示意圖。以第一扇區(qū)為例如何獲得比較參數(shù)(或稱比較門限參數(shù))va、vb、vc，需要找出向量作用時間tk、t(k+1)、t0與波形的占空比ta、tb、tc以及采樣值xki、x(k+1)i、x0i與比較門限參數(shù)va、vb、vc之間的對應(yīng)關(guān)系。

由圖7，可得出：

結(jié)合圖6，可得出：

公式(21)適用于奇扇區(qū)，即適用于第i、ⅲ、ⅴ區(qū)間；公式(22)適用于偶扇區(qū)，即適用于第ⅱ、ⅳ、ⅵ扇區(qū)。這是因為，由圖5中調(diào)制波形可以看出，在基本矢量空間的六個扇區(qū)中，奇偶扇區(qū)的vk和vk+1的切換順序是不一樣的。本發(fā)明中用兩路選擇開關(guān)切換vk和vk+1，300hz兩分頻后為奇偶扇區(qū)控制信號，用于vk和vk+1切換控制。

用電壓比較器輸入單位幅度周期為ts的等腰三角形鋸齒波與va、vb、vc分別比較后，獲得第一扇區(qū)的svpwm調(diào)制波形，其它扇區(qū)的svpwm調(diào)制方法與第一扇區(qū)相同。

本發(fā)明所提供的七段式svpwm調(diào)制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖8所示，七段式svpwm調(diào)制系統(tǒng)具體包括：第一輸入端1、第二輸入端2、第三輸入端3、第四輸入端4、輸出端5、模2計數(shù)器6，模6計數(shù)器7、第一兩路選擇開關(guān)8、第二兩路選擇開關(guān)9、第一加法器10、第二加法器11、第三加法器13、減法器14、第一乘法器15、第二乘法器16、第三乘法器17、第一比較器18、第二比較器19、第三比較器20、第一六路選擇開關(guān)21、第二六路選擇開關(guān)22、第三六路選擇開關(guān)23、第一反向器24、第二反向器25、第三反向器26。

第一輸入端1輸入的是離散的采樣值xki，采樣間隔n為基本矢量空間六個扇區(qū)中每一扇區(qū)內(nèi)的svpwm調(diào)制波個數(shù)，i＝0～n；第二輸入端2輸入的是離散的采樣值x(k+1)i，x(k+1)i＝sin(δθi)，采樣間隔第三輸入端3輸入的是方波信號，方波信號的頻率是逆變器輸出頻率f的6倍，如圖9(a)所示，如果逆變器輸出頻率f＝50hz，則第三輸入端3輸入的方波信號的頻率是300hz；第四輸入端4輸入的是單位幅值(即幅值是1)的等腰三角形鋸齒波信號，且第四輸入端4輸入的等腰三角形鋸齒波信號的周期為ts，頻率為fs，ts即是svpwm調(diào)制周期，fs是svpwm調(diào)制頻率。

第一輸入端1經(jīng)第一乘法器15后分別與第一兩路選擇開關(guān)8、第二兩路選擇開關(guān)9和第三加法器13的輸入端相接，第一乘法器15可使得第一輸入端1輸入的采樣值xki擴大a倍，a為幅度系數(shù)，且vref為基本矢量空間的參考電壓矢量，udc是逆變器直流電壓；本實施例中a為0.9。第二輸入端2經(jīng)第二乘法器16后分別與第一兩路選擇開關(guān)8、第二兩路選擇開關(guān)9和第三加法器13的輸入端相接，第二乘法器16可使得第二輸入端2輸入的采樣值x(k+1)i擴大a倍，同樣a為0.9。其他實施例中可以不設(shè)置第一乘法器15和第二乘法器16，即a＝1。

第三輸入端3連接模2計數(shù)器6的輸入端，模2計數(shù)器6輸出頻率為3f的方波信號，如圖9(b)所示，即模2計數(shù)器6輸出的方波信號的周期是第三輸入端3輸入的方波信號周期的2倍，模2計數(shù)器6的輸出端分別與第一兩路選擇開關(guān)8和第二兩路選擇開關(guān)9的控制端相接，當(dāng)模2計數(shù)器6輸出“0”(即對應(yīng)低電平)時，控制第一兩路選擇開關(guān)8輸出axki，控制第二兩路選擇開關(guān)9輸出ax(k+1)i；當(dāng)模2計數(shù)器6輸出“1”(即對應(yīng)高電平)時，控制第一兩路選擇開關(guān)8輸出ax(k+1)i，控制第二兩路選擇開關(guān)9輸出axki。模2計數(shù)器6輸出“0”時對應(yīng)第i、ⅲ、ⅴ區(qū)間，模2計數(shù)器6輸出“1”時對應(yīng)第ⅱ、ⅳ、ⅵ扇區(qū)。

第三加法器13用于將第一乘法器15和第二乘法器16輸出的數(shù)據(jù)進行求和，即使axki與ax(k+1)i相加；第三加法器13的輸出端連接減法器14的負(fù)向輸入端，減法器14的正向輸入端輸入1，因此，減法器14的輸出端輸出x0i＝1-a(xki+x(k+1)i)；減法器14的輸出端與第三乘法器17相接，第三乘法器17用于使減法器14輸出的x0i擴大1/2倍，因此由第三乘法器17輸出va，且

第三乘法器17的輸出端分別與第一比較器18和第一加法器10的輸入端相接；第一加法器10的另一輸入端與第一兩路選擇開關(guān)8相接，第一加法器10輸出vb，且在奇扇區(qū)內(nèi)，在偶扇區(qū)內(nèi)，第一加法器10的輸出端分別與第二比較器19和第二加法器11的輸入端相接，第二加法器11的另一輸入端與第二兩路選擇開關(guān)9的輸出端相接，第二加法器11輸出vc，且第二加法器11的輸出端與第三比較器20的輸入端相接。

第四輸入端4分別與第一比較器18、第二比較器19和第三比較器20的輸入端相接。第一比較器18用于對va與單位幅值的等腰三角形鋸齒波進行比較，當(dāng)單位幅值的等腰三角形鋸齒波小于va時，輸出低電平，否則輸出高電平。第二比較器19用于對vb與單位幅值的等腰三角形鋸齒波進行比較，當(dāng)單位幅值的等腰三角形鋸齒波小于vb時，輸出低電平，否則輸出高電平。第三比較器20用于對vc與單位幅值的等腰三角形鋸齒波進行比較，當(dāng)單位幅值的等腰三角形鋸齒波小于vc時，輸出低電平，否則輸出高電平。

第一比較器18、第二比較器19和第三比較器20的輸出端分別與三個六路選擇開關(guān)的輸入端相接。每一個六路選擇開關(guān)均具有一個控制端和六個輸入端(圖中以0～5六個引腳所示)，每一個比較器的輸出端均與三個六路選擇開關(guān)中的兩個輸入端相接，例如：圖8中，第一比較器18的輸出端與第一六路選擇開關(guān)21中0引腳和5引腳所示的兩個輸入端相接，與第二六路選擇開關(guān)22中1引腳和2引腳所示的兩個輸入端相接，與第三六路選擇開關(guān)23中3引腳和4引腳所示的兩個輸入端相接；第二比較器19的輸出端與第一六路選擇開關(guān)21中1引腳和4引腳所示的兩個輸入端相接，與第二六路選擇開關(guān)22中0引腳和3引腳所示的兩個輸入端相接，與第三六路選擇開關(guān)23中2引腳和5引腳所示的兩個輸入端相接；第三比較器20的輸出端與第一六路選擇開關(guān)21中2引腳和3引腳所示的兩個輸入端相接，與第二六路選擇開關(guān)22中4引腳和5引腳所示的兩個輸入端相接，與第三六路選擇開關(guān)23中0引腳和1引腳所示的兩個輸入端相接。這樣一來，三個六路選擇開關(guān)中，對應(yīng)輸入端(引腳數(shù)字相同的屬于對應(yīng)輸入端)所連接的比較器均不相同，且對應(yīng)輸入端所連接的三個比較器形成六種不同的排列形式。

第三輸入端3同時還連接模6計數(shù)器7的輸入端，模6計數(shù)器7的輸出端分別與三個六路選擇開關(guān)的控制端相接。如圖9(c)所示，模6計數(shù)器7輸出頻率為f的周期信號，且每一周期內(nèi)輸出0、1、2、3、4、5六個不同的電平，模6計數(shù)器7在每一周期內(nèi)所輸出的六個不同的電平信號，分別成為控制三個六路選擇開關(guān)中六個對應(yīng)輸入端的觸發(fā)開關(guān)信號，即：當(dāng)模6計數(shù)器7輸出0電平時，控制三個六路選擇開關(guān)中的0引腳的輸入端與輸出端導(dǎo)通；當(dāng)模6計數(shù)器7輸出1電平時，控制三個六路選擇開關(guān)中的1引腳的輸入端與輸出端導(dǎo)通；依此類推，由模6計數(shù)器7控制三個六路選擇開關(guān)輸出相應(yīng)的信號。

三個六路選擇開關(guān)的輸出端均與svpwm調(diào)制系統(tǒng)的輸出端5相接，同時，第一六路選擇開關(guān)21的輸出端經(jīng)第一反向器24后與輸出端5相接，第二六路選擇開關(guān)22的輸出端經(jīng)第二反向器25后與輸出端5相接，第三六路選擇開關(guān)23的輸出端經(jīng)第三反向器26后與輸出端5相接。三個反向器分別用于對其所接收的信號進行取非，因此，最終由輸出端5輸出六路igbt驅(qū)動信號，這六路信號分別用于驅(qū)動逆變器電路中的六只功率開關(guān)器件。

設(shè)置三個反向器，其原因是：由于逆變器每個橋臂上下兩只功率開關(guān)器件狀態(tài)互補，所以驅(qū)動信號互為反向，圖5中六個扇區(qū)的波形均為上橋臂三只功率開關(guān)器件的驅(qū)動信號，反向后為下橋臂三只功率開關(guān)器件的驅(qū)動信號。

仿真測試

仿照圖8中電路結(jié)構(gòu)在simulink下仿真，與圖8所不同的是，仿真時在第一輸入端1和第二輸入端2輸入的均為連續(xù)的模擬正弦信號(0-60°，第一輸入端1輸入的是連續(xù)的第二輸入端2輸入的是連續(xù)的sinθ)，即：用幅值為(π/3-0)和(0-π/3)的鋸齒波通過sin函數(shù)發(fā)生器獲得連續(xù)的xki、x(k+1)i，而不是離散的正弦信號采樣值。通過仿真結(jié)果可證明模擬信號與數(shù)字信號具有相同的仿真效果，而在數(shù)字系統(tǒng)中，圖8所示的電路結(jié)構(gòu)比較容易實現(xiàn)。

逆變條件：逆變器輸出頻率f＝50hz，svpwm調(diào)制頻率fs＝3.6khz，每周采樣72點，每扇區(qū)12點，直流電壓dc540v。測得uu1v1、uv1w1、uw1u1線電壓波形如圖10和圖11所示，圖10和圖11均是未濾波的，圖10是逆變后50hz，4個周期的線電壓波形圖，圖11是逆變后50hz，1個周期的線電壓波形圖；接入lcl濾波模塊，測得uuv、uvw、uwu線電壓波形如圖12所示，圖12是濾波后的線電壓波形；測得uu、uv、uw相電壓波形如圖13所示。

本發(fā)明所提供的七段式svpwm調(diào)制方法相比經(jīng)典的七段式調(diào)制要簡單得多，且本發(fā)明圖8中的電路結(jié)構(gòu)簡單，控制原理有別于經(jīng)典七段式調(diào)制，而逆變仿真分析總諧波(thd)與經(jīng)典七段式基本相同。再有，電路結(jié)構(gòu)中模6計數(shù)器的輸入頻率為逆變器輸出頻率的6倍，模6計數(shù)器輸出六個不同的狀態(tài)以送給三個六路選擇開關(guān)，用于選擇六個扇區(qū)，這種扇區(qū)的選擇比經(jīng)典的七段式svpwm調(diào)制中的扇區(qū)選擇要簡單的多。