[发明专利]全对称同步式弦波脉冲宽度调变方法及其应用的马达驱动系统

说明书

【技术领域】

本发明有关于一种全对称同步式弦波脉冲宽度调变方法，尤指一种用以控制马达运转之全对称同步式弦波脉冲宽度调变方法。

【背景技术】

机密机械为目前工业发展的重点项目，而马达的电主轴是精密机械的核心技术之一。目前马达的电主轴发展趋势，以开环之电主轴而言，其必须朝向高转速、低震动、低温升避免热变形影响加工精度；而带有编码器的闭环之电主轴而言，则必须兼具高转速、高刚性、高精度等特性。在此，如何提高马达的电主轴性能一直是被广泛讨论的课题。

马达运转的控制一般通过变频器来实行。变频器可以藉由输出能量至马达的电主轴，以驱使马达进行运转并控制马达达到所要的转速。然而，变频器在输出能量给马达的电主轴时，其并非仅有电压或电流能量的正弦波而已，还包含有大量的谐波成分，那些谐波将对于马达的电主轴运作上造成一定的影响。

分析变频器输出波形所包含的各种谐波成分，在频率高时往往会受到低次频环流的影响。以图1为例，分析SVMPWM变频器的输出波形，mf＝fc/fo＝8，fc＝8kHz，fo＝999.7kHz，除了产生主频能量fo外，低频的低次谐波fsub＝2.4Hz同样地也会产生。此极低频率(接近于直流)的低次谐波fsub具有不可忽视的电压值。越低频的低次谐波对于电机的影响越严重，因为电感量等于零，电流几乎等于直流成分除以极低的线圈电阻，以致造成电机环流过大，线圈过热，进而损坏贵重的电主轴。

有鉴于此，本发明将提供一种创新的脉冲宽度调变方法，其方法将输出一未包含有低次谐波的能量讯号至马达，如此将可以避免低次谐波造成高速运转中的马达电主轴产生损坏，将会是本发明欲达到的目的。

【发明内容】

本发明提出一种全对称同步式弦波脉冲宽度调变方法，其方法重新制定出实际的载波频率，并依照实际的载波频率重新调整出实际的频率命令，以使实际的载波频率始终保持为实际的频率命令之六的整数倍，再者，实际的频率命令将会进一步执行一脉冲宽度调变程序，以脉宽调变出具有同步性、对称性特点的三相脉冲宽度调变讯号，之后，利用具有同步性、对称性特点的三相脉冲宽度调变讯号调整马达的三相电源，以经由调整后的三相电源控制马达的运转。

本发明提出一种全对称同步式弦波脉冲宽度调变方法，其根据实际的频率命令所输出的主弦波讯号之波形将呈现出左右对称性及基点对称性之特点，同样地，载波讯号也会维持有左右对称性与基点对称性的准则，并且主弦波讯号的基点必定会与其中一载波讯号的基点同步重合，之后，调变器根据于载波讯号与主弦波讯号间的大小关系以反应出具有同步性及对称性特点之脉冲宽度调变波形讯号。

本发明提出一种全对称同步式弦波脉冲宽度调变方法，其方法可以产生具有同步性及对称性特点之脉冲宽度调变波形讯号，之后，变频器被具有同步性及对称性特点之脉冲宽度调变波形讯号操控时其输出的电源讯号中所隐含的低次谐波将可以有效地消除，则，变频器在驱使马达时，马达的电主轴将可以避免产生低频环流，致使确保马达运转上的安全性。

为达成上述目的，本发明提供一种全对称同步式弦波脉冲宽度调变(Symmetrically Synchronized Sine Pulse Width Modulation，SSSPWM)方法，其方法用以控制马达运转，其特徵在于，步骤包括：输入一预定的频率命令及制定一振荡频率；设定一整数值；令整数值乘上六倍的预定的频率命令以取得一预定的载波频率；取振荡频率除上预定的载波频率后之整数以得到一载波周期；令振荡频率除上载波周期以取得一实际的载波频率；令实际的载波频率除上六倍数的整数值以取得一实际的频率命令；根据实际的频率命令执行一脉宽调变程序以脉宽调变出实际的三相脉冲宽度调变讯号；及利用实际的三相脉冲宽度调变讯号调整马达的三相电源以经由调整后的三相电源驱使马达进行运转。

本发明一实施例中，设定整数值的公式为：N＝int(Fmax-carrier/(6×Fcmd))，其中，N为整数值，int为取整函数，Fmax-carrier为最高限制之载波频率，而Fcmd为预定的频率命令。

本发明一实施例中，整数值设定为一固定的数值。

本发明一实施例中，脉宽调变程序之步骤包括有：转换预定的频率命令为一输出电压；积分实际的频率命令以计算出一相位角度；令输出电压以相位角度为基准换算出三相电压讯号；及令三相电压讯号根据载波周期以脉宽调变出实际的三相脉冲宽度调变讯号。