混合型逆變器的空間矢量調(diào)制策略優(yōu)化

王曉琳，劉雨婷，顧聰，彭旭衡

南京航空航天大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，南京 211106

高速電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)以其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、功率密度高、無(wú)需機(jī)械變速裝置可直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載等特點(diǎn)在空壓機(jī)、離心機(jī)、電主軸、飛輪儲(chǔ)能和燃?xì)廨啓C(jī)等對(duì)體積重量與可靠性要求較高的場(chǎng)合得到了廣泛關(guān)注[1-2]。隨著釹鐵硼等稀土永磁材料的發(fā)展，高速永磁同步電機(jī)(High-Speed Permanent Magnet Synchronous Motor, HSPMSM)較其他類型的電機(jī)，運(yùn)行效率高、應(yīng)用前景廣闊，得到了廣泛關(guān)注。

高速永磁同步電機(jī)調(diào)速范圍寬，高速區(qū)基頻大，逆變器開關(guān)頻率有限導(dǎo)致電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)載波比低，電流紋波大。此外，高速電機(jī)電感小這一電磁特征增大了電流變化率、進(jìn)一步加劇了電流紋波，給電機(jī)帶來(lái)額外的銅損、鐵損、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和運(yùn)行噪聲，進(jìn)而造成溫升加快、軸承損傷，縮短電機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)轉(zhuǎn)子發(fā)熱，永磁體永久退磁[3]。因此，高速永磁同步電機(jī)的電流紋波問(wèn)題不容忽視，國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別從不同角度對(duì)高速永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電流紋波抑制技術(shù)進(jìn)行研究，以提高電機(jī)的運(yùn)行性能。

改善電機(jī)電流紋波的方法主要分為優(yōu)化軟件算法和改進(jìn)硬件拓?fù)鋬纱箢?。其中，改進(jìn)脈寬調(diào)制策略(Pulse Width Modulation，PWM)是優(yōu)化軟件算法中最常用的措施。規(guī)則采樣的傳統(tǒng)脈寬調(diào)制算法默認(rèn)三相載波相同、三相脈沖對(duì)稱和開關(guān)頻率恒定[4]，一定程度上限制了調(diào)制算法的自由度。文獻(xiàn)[5-6]通過(guò)隨機(jī)PWM算法改變開關(guān)頻率，使得開關(guān)能量在更寬的頻譜范圍上分布，以降低電流紋波和電磁干擾，但其依賴統(tǒng)計(jì)結(jié)果，不能實(shí)時(shí)計(jì)算；文獻(xiàn)[7]對(duì)逆變器輸出的相電流紋波進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)值改變開關(guān)頻率進(jìn)行控制，但電機(jī)類負(fù)載更關(guān)注交軸電流紋波特性。高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高速區(qū)的低載波比增大了異步調(diào)制的周期不對(duì)稱現(xiàn)象，因此文獻(xiàn)[8]在高速永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中采用特定次諧波消除脈寬調(diào)制算法以降低電流紋波，文獻(xiàn)[9-10]在低載波比的應(yīng)用場(chǎng)合采用不同的同步調(diào)制算法來(lái)優(yōu)化電流特性。但包含特定次諧波消除PWM在內(nèi)的多種同步調(diào)制算法的開關(guān)角計(jì)算復(fù)雜，需要求解超越方程，在線計(jì)算實(shí)時(shí)性要求高，離線存儲(chǔ)量大。在改進(jìn)硬件拓?fù)浞矫孀畛Ｓ玫拇胧┦窃黾訜o(wú)源濾波器，在逆變器輸出端和電機(jī)輸入端之間增設(shè)電感、LC、RLC濾波器[11-12]或新型濾波器[13]均有效抑制了電流紋波。但是濾波器的存在增大了功率損耗，降低了功率密度和系統(tǒng)穩(wěn)定性[14]。此外，多電平逆變器[15]、并聯(lián)型逆變器和電流源型逆變器[16]等改進(jìn)型逆變器拓?fù)渚苡行Ц纳齐娏骷y波，但其器件增多，體積、成本和控制難度也隨之增大。隨著寬禁帶器件發(fā)展，碳化硅(Silicon Carbide, SiC)和氮化鎵(Gallium Nitride, GaN)器件構(gòu)成的逆變器得到了廣泛研究，文獻(xiàn)[17]采用SiC-MOSFET設(shè)計(jì)了大功率高速永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，證明了寬禁帶器件在高速永磁電機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合的優(yōu)越性，但寬禁帶器件的高成本限制了其推廣應(yīng)用，因此綜合寬禁帶器件和普通硅基器件二者優(yōu)勢(shì)的混合型結(jié)構(gòu)受到一定關(guān)注。文獻(xiàn)[18-19]對(duì)比研究了Si-IGBT與SiC-Diode、SiC-MOSFET構(gòu)成的混合開關(guān)的性能差異，文獻(xiàn)[20-21]采用由SiC-MOSFET和Si-IGBT構(gòu)成的混合型逆變器驅(qū)動(dòng)高速永磁同步電機(jī)，提高了系統(tǒng)效率，證明了混合型拓?fù)湓诮档烷_關(guān)損耗方面的優(yōu)越性。

為了改善高速永磁同步電機(jī)的電流紋波，本文基于SiC/Si構(gòu)成的混合型逆變器拓?fù)涮岢鲆环N改進(jìn)型低損耗空間矢量調(diào)制算法，調(diào)整各電壓矢量的產(chǎn)生方式和作用時(shí)序，降低了逆變器損耗以提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可用開關(guān)頻率，進(jìn)而改善高速永磁同步電機(jī)電流紋波特性。其次在深入分析改進(jìn)型空間矢量調(diào)制算法電流紋波特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)其交直軸電流紋波特點(diǎn)，提出基于變開關(guān)頻率(Variable Switching Frequency, VSF)模式的最優(yōu)交軸電流紋波峰值調(diào)制算法。實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)定開關(guān)頻率時(shí)下一載波周期的交軸電流紋波峰值，并根據(jù)預(yù)測(cè)值和給定值調(diào)整下一載波周期逆變器的開關(guān)頻率，從而實(shí)現(xiàn)平均開關(guān)頻率不變時(shí)降低交軸電流紋波峰值、交軸電流紋波峰值不變時(shí)降低逆變器損耗的目的。最后針對(duì)一臺(tái)10 kW/18 000 r/min 的表貼式高速永磁同步電機(jī)進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證算法的有效性。

1 混合型逆變器拓?fù)浼捌涞蛽p耗調(diào)制算法

1.1 SiC/Si混合型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)并采用的SiC/Si混合型逆變器拓?fù)淙鐖D1所示，其中一個(gè)SiC-MOSFET半橋構(gòu)成前級(jí)，3個(gè)Si-IGBT半橋構(gòu)成后級(jí)，前級(jí)下橋臂與后級(jí)并聯(lián)。該混合型逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)四象限運(yùn)行時(shí)的模態(tài)分析如圖2所示。

圖1 SiC/Si混合型逆變器拓?fù)?/p>

圖2 混合型逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的四象限運(yùn)行模態(tài)圖

通過(guò)模態(tài)圖可以看出，SiC/Si混合型逆變器拓?fù)渫ㄟ^(guò)前級(jí)開關(guān)管Sb1的關(guān)斷可以控制后級(jí)母線電壓為零，此作用效果與傳統(tǒng)零電壓矢量作用相同。

1.2 改進(jìn)型低損耗空間矢量調(diào)制算法設(shè)計(jì)

基于上述分析，本文采用SiC/Si混合型逆變器通過(guò)調(diào)整各電壓矢量的生成方式和作用時(shí)序，設(shè)計(jì)了一種低損耗改進(jìn)型空間矢量調(diào)制(Improved Space Vector Modulation，ISVM)算法。前級(jí)開關(guān)管Sb1關(guān)斷控制后級(jí)母線電壓為零來(lái)生成零電壓矢量，后級(jí)低頻器件實(shí)現(xiàn)不同有效電壓矢量之間的切換，減少了后級(jí)的動(dòng)作次數(shù)，降低了Si-IGBT的開關(guān)損耗。在此基礎(chǔ)上設(shè)定后級(jí)功率器件在前級(jí)Sb1關(guān)斷、Sb2導(dǎo)通、后級(jí)母線電壓為零時(shí)動(dòng)作，此時(shí)為零電壓開關(guān)(Zero-Voltage Switching, ZVS)，那么后級(jí)Si-IGBT的開關(guān)損耗將基本被消除。

圖3 ISVM矢量合成示意圖

一個(gè)載波周期Ts中u1、u2和零電壓矢量的作用時(shí)間分別為T1、T2和T0，即

(1)

圖4 ISVM開關(guān)時(shí)序

2 改進(jìn)型空間矢量調(diào)制算法紋波特性分析

改進(jìn)型空間矢量調(diào)制算法的開關(guān)時(shí)序圖表明，ISVM算法通過(guò)調(diào)整電壓矢量的作用時(shí)序，降低了后級(jí)開關(guān)損耗，但延長(zhǎng)了單個(gè)矢量的連續(xù)作用時(shí)間。因此，逆變器輸出電流的紋波特性發(fā)生改變，本節(jié)對(duì)此展開分析，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1 相電流紋波特性分析

假定電機(jī)三相繞組完全對(duì)稱，建立SiC/Si混合型逆變器驅(qū)動(dòng)高速永磁同步電機(jī)的等效電路模型，定量分析改進(jìn)型空間矢量調(diào)制算法作用下的電流紋波特性。以電壓矢量u1=[100]作用時(shí)為例，等效電路如圖5所示。

圖5 電壓矢量u1作用下SiC/Si混合型逆變器的等效電路

根據(jù)等效電路可列出電壓、電流方程：

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：Va、Vb和Vc為三相電壓的基波分量。同理可得到其余兩相和其余電壓矢量作用下的電流紋波變化率。圖6為載波頻率相等時(shí)SVM和ISVM算法作用下的輸出電流紋波示意圖。

圖6 SVM和ISVM算法作用下的電流紋波示意圖

電流紋波峰值為各電壓矢量作用下的相電流紋波變化率與其作用時(shí)間之積進(jìn)行求和取最大值，相同載波頻率時(shí)SVM和ISVM算法作用下的a相電流紋波峰值ΔI(SVM)、ΔIf(ISVM)分別為

(6)

(7)

ΔI(SVM)≤ΔIf(ISVM)

(8)

式中：Δia1、Δia2分別為電壓矢量u1、u2作用下的a相電流紋波。根據(jù)數(shù)學(xué)不等式，式(8)恒成立，兩種算法的電壓矢量作用時(shí)間相等時(shí)，ISVM作用下的電流紋波峰值大于SVM。

對(duì)于混合型逆變器，SiC-MOSFET的可用開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于Si-IGBT，因此逆變器的可用開關(guān)頻率主要由后級(jí)Si-IGBT決定，而后級(jí)可用開關(guān)頻率取決于其損耗發(fā)熱情況。相同載波頻率下，ISVM算法作用下的后級(jí)開關(guān)動(dòng)作次數(shù)降為SVM的1/3且為零電壓開關(guān)，此時(shí)ISVM的Si-IGBT損耗遠(yuǎn)低于SVM的1/3，因此后級(jí)損耗相同時(shí)ISVM載波頻率遠(yuǎn)大于SVM的3倍。為方便比較，本文在Si-IGBT平均開關(guān)頻率不變，ISVM載波頻率為SVM的3倍情況下進(jìn)行對(duì)比，此時(shí)ISVM算法的電流紋波峰值為

(9)

ΔI(SVM)>ΔI(ISVM)

(10)

ΔI(SVM)、ΔI(ISVM)為Si-IGBT平均開關(guān)頻率相等時(shí)SVM、ISVM算法作用下的電流紋波峰值。式(10)恒成立，理論上證明了ISVM算法在降低電流紋波方面的可行性。

2.2 交直軸電流紋波特性分析

電磁轉(zhuǎn)矩是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，而電磁轉(zhuǎn)矩與交、直軸電流緊密相關(guān)。因此電機(jī)類負(fù)載更關(guān)注逆變器輸出的交直軸電流性能。對(duì)式(4)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，得到交直軸電流紋波變化率：

(11)

式中：θ為轉(zhuǎn)子位置角。求得各電壓矢量作用下的交直軸電流紋波變化率，列出表1。

表1 交直軸電流紋波變化率

進(jìn)而推導(dǎo)出ISVM算法作用下交、直軸電流紋波峰值ΔIq、ΔId：

(12)

(13)

式中:N為參考電壓矢量所在扇區(qū)數(shù)；k為中間變量,即

(14)

式(12)～式(14)表明交直軸電流紋波峰值與電感成反比，與載波周期成正比，交直軸電流紋波峰值的包絡(luò)線大致分布情況見圖7。

圖7 ISVM作用下的交直軸電流紋波峰值

可以直觀看出，式(12)～式(14)理論分析得到的交直軸電流紋波峰值均成6倍基頻脈動(dòng)的形式進(jìn)行變化，且直軸電流紋波最大時(shí)交軸電流紋波最小，直軸電流紋波最小處交軸電流紋波最大。

3 最優(yōu)交軸電流紋波峰值ISVM設(shè)計(jì)

3.1 最優(yōu)交軸電流紋波峰值調(diào)制算法

高速永磁同步電機(jī)多采用表貼式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)主要由交軸電流紋波ΔIq引起。為了能在不增加開關(guān)損耗的條件下減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，本文提出一種基于變開關(guān)頻率模式的最優(yōu)交軸電流紋波峰值改進(jìn)型空間矢量調(diào)制(Variable Switching Frequency Improved Space Modulation based on optimal q-axis current ripple peak，VSF-ISVM-Q)算法。其原理在于，根據(jù)交軸電流紋波給定值ΔIq*和式(13)計(jì)算得到的恒定載波周期Ts作用下交軸電流紋波預(yù)測(cè)峰值ΔIq，通過(guò)式(15)實(shí)時(shí)調(diào)整下一周期的載波周期值T′s實(shí)現(xiàn)VSF調(diào)制，工作原理如圖8所示。

圖8 VSF-ISVM-Q算法原理示意圖

(15)

預(yù)測(cè)下一周期交軸電流紋波峰值大于給定值時(shí)，根據(jù)給定值要求縮短下一載波周期以減小電流紋波；紋波預(yù)測(cè)值小于給定值時(shí)，延長(zhǎng)載波周期以降低開關(guān)頻率、減小逆變器損耗。最終，VSF-ISVM-Q算法通過(guò)削峰填谷的方式，達(dá)到平均開關(guān)損耗不變時(shí)交軸電流紋波峰值減小的效果。

3.2 完整驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)第2節(jié)和3.1節(jié)的分析，采用VSF-ISVM-Q算法驅(qū)動(dòng)SiC/Si混合型逆變器控制高速永磁同步電機(jī)運(yùn)行的完整方案如圖9所示。

圖9 VSF-ISVM-Q算法系統(tǒng)圖

該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由矢量控制單元、VSF-ISVM-Q算法單元和混合型逆變器單元3部分組成。矢量控制雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)輸出給定參考電壓矢量，VSF-ISVM-Q算法計(jì)算并發(fā)出逆變器驅(qū)動(dòng)信號(hào)以合成給定電壓矢量，驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制混合型逆變器各開關(guān)管的開通關(guān)斷，進(jìn)而控制高速永磁同步電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 樣機(jī)參數(shù)與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

為了驗(yàn)證改進(jìn)型空間矢量調(diào)制算法的有效性，本文搭建SiC/Si混合型逆變器并采用一臺(tái)10 kW/18 000 r/min的表貼式高速永磁同步電機(jī)進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)參數(shù)如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)參數(shù)

SiC/Si混合型逆變器由Cree公司的SiC-MOSFET半橋模塊和Infineon公司的Si-IGBT三相全橋模塊組成。在MATLAB/Simulink環(huán)境下建立仿真模型進(jìn)行分析，隨后在基于TMS320F28377D搭建的硬件平臺(tái)上完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，平臺(tái)如圖10所示。

圖10 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)與平臺(tái)

4.2 仿真分析

Si-IGBT在平均開關(guān)頻率均為10 kHz時(shí)，定開關(guān)頻率(Constant Switching Frequency, CSF)作用下SVM算法和1.2節(jié)所設(shè)計(jì)的ISVM算法的相電流、相電流紋波、交直軸電流紋波的仿真結(jié)果如圖11所示，圖中相電流的分度值為20 A/格，紋波電流的分度值為10 A/格,時(shí)間的分度值為500 μs/格。

圖11 CSF-SVM、CSF-ISVM的電流仿真結(jié)果

Si-IGBT平均開關(guān)頻率相等時(shí)，ISVM算法將系統(tǒng)載波頻率提高至SVM算法的3倍，ISVM算法的相電流紋波、交直軸電流紋波均被有效降低。仿真中CSF-SVM的相電流紋波和CSF-ISVM的相電流、交軸電流、直軸電流紋波峰值預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，初步驗(yàn)證了第2節(jié)對(duì)紋波特性分析的正確性。

圖12給出Si-IGBT平均開關(guān)頻率為10 kHz時(shí)VSF-ISVM-Q算法作用下的仿真結(jié)果。

圖12 VSF-ISVM-Q的仿真結(jié)果

在后級(jí)Si-IGBT平均開關(guān)頻率不變的情況下，VSF-ISVM-Q算法通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整下一周期的載波頻率，以d軸電流紋波為代價(jià)，將q軸電流紋波的波動(dòng)范圍從20 A降低至15 A，降低了原交軸電流紋波變化值的25%。綜合圖11可以看出，VSF-ISVM-Q算法的實(shí)時(shí)載波頻率與交軸電流紋波峰值存在正相關(guān)關(guān)系，紋波大時(shí)載波頻率加快，紋波小時(shí)載波頻率降低，符合理論分析。

圖13對(duì)Si-IGBT平均開關(guān)頻率為10 kHz時(shí)CSF-SVM、CSF-ISVM和VSF-ISVM-Q算法作用下的交流側(cè)和直流側(cè)電流進(jìn)行傅里葉分解。直流分量(DC)近似相等，VSF-ISVM-Q算法作用下的相電流總諧波失真度(Total Harmonic Distortion，THD)最小。

圖13 3種算法的仿真電流頻譜分布

仿真電流波形的頻譜分布情況證明了VSF-ISVM-Q算法能有效分散交流側(cè)和直流側(cè)集中于開關(guān)頻率倍數(shù)次的電流諧波，一定程度改善了系統(tǒng)的電磁兼容性能。

仿真結(jié)果初步驗(yàn)證了本文所提出的ISVM和VSF-ISVM-Q算法的有效性。

4.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

基于DSP TMS320F28377D的硬件平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，首先測(cè)試不同運(yùn)行條件下SVM和ISVM兩種算法作用下的逆變器效率,如圖14所示,fc為載波頻率。

圖14 SVM、ISVM作用下的逆變器效率

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了ISVM算法可以有效減少逆變器損耗，相同載波頻率下ISVM算法較SVM算法作用下的逆變器效率平均提升了1.733%，Si-IGBT開關(guān)頻率相同時(shí)ISVM作用的逆變器效率平均提升了0.254%，證明了ISVM算法在逆變器效率方面的優(yōu)越性，具有一定實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

其次在Si-IGBT平均開關(guān)頻率為10 kHz，對(duì)SVM和ISVM算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，波形如圖15所示。

圖15 CSF-SVM、CSF-ISVM的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)波形可以直觀看出ISVM算法作用下的相電流紋波更小。由于示波器無(wú)法直接顯示電流紋波情況，在MATLAB/Simulink軟件中重構(gòu)并進(jìn)一步處理示波器導(dǎo)出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到圖16。

圖16中實(shí)驗(yàn)波形的處理結(jié)果驗(yàn)證了ISVM算法能在Si-IGBT開關(guān)頻率不變的情況下降低相電流紋波和交直軸電流紋波，證明了SVM和ISVM兩種算法作用下相電流紋波峰值預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。同理，對(duì)ISVM算法的交直軸電流紋波峰值預(yù)測(cè)情況進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)波形如圖17和圖18 所示。

圖16 CSF-SVM和CSF-ISVM的實(shí)驗(yàn)重構(gòu)結(jié)果

圖17 CSF-ISVM預(yù)測(cè)交直軸電流紋波的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖18 CSF-ISVM預(yù)測(cè)交直軸電流紋波的實(shí)驗(yàn)重構(gòu)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文對(duì)ISVM算法作用下交直軸電流紋波特性分析的正確性，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了ISVM算法作用下的交直軸電流紋波峰值，變開關(guān)頻率的理論基礎(chǔ)被驗(yàn)證。最后，在Si-IGBT平均開關(guān)頻率為10 kHz、平均載波頻率為30 kHz情況下進(jìn)行VSF-ISVM-Q算法實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)波形和實(shí)驗(yàn)重構(gòu)波形如圖19所示。

圖19 VSF-ISVM-Q的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

硬件實(shí)驗(yàn)中VSF-ISVM-Q算法作用下的交軸電流紋波的波動(dòng)范圍較CSF-ISVM降低了21%，由19 A降低為15 A，與仿真結(jié)果類似。

對(duì)Si-IGBT平均開關(guān)頻率均為10 kHz時(shí)CSF-SVM、CSF-ISVM和VSF-ISVM-Q這3種算法作用下的交流側(cè)和直流側(cè)實(shí)驗(yàn)電流進(jìn)行傅里葉分解,如圖20所示。

圖20 3種算法的實(shí)驗(yàn)電流頻譜分布

實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了VSF-ISVM-Q算法能有效分散集中于開關(guān)頻率整數(shù)倍的電流能量頻譜。

式(10)表示根據(jù)zn,p,h,kn,p,f,wn,p計(jì)算每一個(gè)分塊p與芯片f分區(qū)交集數(shù)值上限，式(11)規(guī)約分塊p在左右兩側(cè)與f分區(qū)部分相交時(shí)重疊區(qū)域的范圍.

綜上所述，本節(jié)通過(guò)軟件算法仿真和硬件實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析，驗(yàn)證了本文所提出的改進(jìn)型空間矢量調(diào)制算法和變開關(guān)頻率模式最優(yōu)交軸電流紋波峰值調(diào)制算法的有效性。ISVM算法有效降低了后級(jí)開關(guān)損耗，提高了逆變器效率和可用開關(guān)頻率，從而降低了電流紋波。VSF-ISVM-Q算法在ISVM算法的基礎(chǔ)上降低了交軸電流紋波和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，依據(jù)交軸電流紋波峰值實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)開關(guān)頻率，犧牲了直軸電流性能，削峰填谷式平均交軸紋波峰值，分散了開關(guān)能量，適用于表貼式高速永磁同步電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合。

5 結(jié) 論

針對(duì)高速永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電流紋波問(wèn)題，本文從軟件算法和硬件拓?fù)鋬煞矫鎸?duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

1)基于SiC/Si混合型逆變器提出一種改進(jìn)型低損耗空間矢量調(diào)制算法，通過(guò)改變電壓矢量的生成方式和作用時(shí)序?yàn)楦唛_關(guān)損耗器件創(chuàng)造零電壓開關(guān)條件并減少其開關(guān)動(dòng)作達(dá)到降低逆變器損耗、提高系統(tǒng)效率的目的，從而提高逆變器可用開關(guān)頻率以降低電流紋波。

2)對(duì)改進(jìn)型算法的電流紋波特性進(jìn)行分析，針對(duì)其交直軸電流紋波特性，考慮定開關(guān)頻率限制了PWM自由度，且表貼式電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與交軸電流紋波成正比，提出一種基于變開關(guān)頻率模式的最優(yōu)交軸電流紋波峰值調(diào)制算法，在改進(jìn)型空間矢量調(diào)制算法中預(yù)測(cè)下一周期交軸電流紋波峰值，實(shí)時(shí)調(diào)整逆變器開關(guān)頻率，以降低交軸電流紋波和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。