三相SVPWM逆變電路MATLAB仿真

1、012基于電壓空間矢量控制的三相逆變器的研究1、SVPWM逆變電路的基本原理及控制算法圖1.1中所示的三相逆變器有6個(gè)開關(guān)，其中每個(gè)橋臂上的開關(guān)工作在互補(bǔ)狀態(tài)，三相橋臂的上下開關(guān)模式得到八個(gè)電壓矢量，包括6個(gè)非零矢量(001)、(010)、(011)、(100)、(101)、(110)和兩個(gè)零矢量(000)、(111).012012圖1.-1三相橋式電壓型有源逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在平面上繪出不同的開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的電壓矢量，如圖1.2所示。由于逆變器能夠產(chǎn)生的電壓矢量只有8個(gè)，對與任意給定的參考電壓矢量，都可以運(yùn)用這8個(gè)已知的參考電壓矢量來控制逆變器開關(guān)來合成。U2(010)IUsv3U6(110)U3

2、(011)U0(000)世7(111)UeIIIUsv1uaIIU40)Usv2012012U1(001)U5(101)圖1.2空間電壓矢量分區(qū)圖1.2中，當(dāng)參考電壓矢量在1扇區(qū)時(shí)，用1扇區(qū)對應(yīng)的三個(gè)空間矢量U、U、Usv1sv2sv3來等效參考電壓矢量。若1.2合成矢量U所處扇區(qū)N的判斷ref三相坐標(biāo)變換到兩相a坐標(biāo)：(1.1)根據(jù)u、u的正負(fù)及大小關(guān)系就很容易判斷參考電壓矢量所處的扇區(qū)位P置。如表1.1所示。表1.1參考電壓矢量扇區(qū)位置的判斷條件判斷條件up0up袒uauau一袒upvaup冉uau,0au0au,0au0,那么A=l,否則A=0p如果3u一u0,那么B=1,否則B=0ap

3、如果一3u一u0,那么C=l,否則C=0ap1.3每個(gè)扇區(qū)中基本矢量作用時(shí)間的計(jì)算在確定參考電壓矢量的扇區(qū)位置后，根據(jù)伏秒特性等效原理，采用該扇區(qū)三個(gè)頂點(diǎn)所對應(yīng)的三個(gè)電壓空間矢量來逼近參考電壓矢量。以參考電壓矢量位于3扇區(qū)為例，)3T3u-usrefarefPV根據(jù)伏秒特性等效原理算出T=1（12T=u2refPVdcT=T一T一Tdc3Ts1.3)開關(guān)周期T與TT未必相等，其間隙時(shí)間可用零矢量U或U來填補(bǔ)。s1270引入通用變量X,Y,Zdc3T2V3U1.4)dc3TTV3UUpUapdc根據(jù)前面確定的扇區(qū)標(biāo)號N,可得到空間矢量所處的扇區(qū)與兩個(gè)邊界矢量T、T作用時(shí)間的關(guān)系，如表1.2所示1

4、2表1.2扇區(qū)編號與計(jì)算時(shí)間的關(guān)系N123456T1ZY-Z-XX-YT2Y-XXZ-Y-ZT3T=T-0sT-T12當(dāng)t+TT時(shí)，達(dá)到飽和狀態(tài)就要對矢量作用時(shí)間應(yīng)作出限制。12sT、T做如下修正：12T*LrTiT+Ts1.5)1T22.2.3電壓空間矢量切換點(diǎn)的計(jì)算計(jì)算出相鄰兩個(gè)空間電壓矢量的作用時(shí)間后,則應(yīng)確定每個(gè)空間電壓矢量開始作用的時(shí)刻，以第3扇區(qū)為例，其所產(chǎn)生的三相波調(diào)制波形在時(shí)間T時(shí)段中如s圖2.5所示。采用七段式空間矢量合成方式，每個(gè)扇區(qū)的合成矢量均以零矢量(000)開始和結(jié)束，中間用零矢量(111),其余時(shí)間有效矢量合理安排。如圖1.4所示。廠-、零矢量(000)矢量A矢量B

5、零矢量(111)矢量B矢量A零矢量(000)圖1.4基本電壓矢量分配將零矢量周期分成三段，其中矢量u的起、終點(diǎn)上均勻分布矢量u，而在ref0矢量u中點(diǎn)處分布矢量u,且TT。電壓向量出現(xiàn)的先后順序?yàn)閡、u、ref77004u、u、u、u、u，各電壓向量的三相波形則與開關(guān)表示符號相對應(yīng)。矢67640量的切換點(diǎn)為：bc-T-T)/4s12T+T/2如+a1T+T/2b2+21.6)假設(shè)零矢量（000）和零矢量（111）在一個(gè)開關(guān)周期中作用時(shí)間相同，生成的是對稱PWM波形，再把每個(gè)基本空間電壓矢量作用時(shí)間一分為二。其它各扇區(qū)的開關(guān)切換順序同理，如表1.3所示。表1.3各扇區(qū)時(shí)間切換點(diǎn)N123456TT

6、bTTTTTbabaaccbTbTTTbTbTTbacbbacTTTbTTTbTccbcaba載波為等腰三角波，且寬為開關(guān)周期T，這樣通過三角載波調(diào)制產(chǎn)生PWMs信號去控制逆變器的三相開關(guān)做出相應(yīng)的動作，使之產(chǎn)生的輸出電壓跟隨參考電壓，達(dá)到了逆變的目的。SVPWM控制三相有源逆變的Matlab仿真2.1SVPWM控制算法的仿真實(shí)現(xiàn)利用Simulink環(huán)境下的豐富模型，可以很方便的實(shí)現(xiàn)上一節(jié)所述的SVPWM控制算法。實(shí)現(xiàn)SVPWM算法的各個(gè)子系統(tǒng)模型如下所示：1）將三相靜止坐標(biāo)系（d,b，c）中的U、U、U轉(zhuǎn)換成兩相垂直靜abc止坐標(biāo)系（a，P）中的U、U。在Simulink中，其實(shí)現(xiàn)框圖如圖2

7、.1所示:a卩圖2.1U、U、U轉(zhuǎn)換成U、U模型框圖abcp2）計(jì)算參考電壓矢量Uref所處的扇區(qū)。根據(jù)U和UP的關(guān)系判斷參考電壓矢量Uref所在的扇區(qū)Sn,只需要經(jīng)過簡單的加減及邏輯運(yùn)算即可確定其所在的扇區(qū)。在Simulink中，其實(shí)現(xiàn)框圖如圖2.2所示：圖2.2參考電壓矢量所處扇區(qū)判斷模型框圖3）產(chǎn)生驅(qū)動波形。將三角載波周期T作為定時(shí)器周期，與切換點(diǎn)T，TsaonbonT比較，從而調(diào)制出SVPWM波形，其仿真模塊如圖2.3所示：conScope4Scope3圖2.3驅(qū)動模型PWM產(chǎn)生模型框圖以上給出了在Simulink中實(shí)現(xiàn)SVPWM控制算法的各個(gè)子系統(tǒng)的框圖，而圖2.4為實(shí)時(shí)產(chǎn)生SVPW

8、M波形并控制開關(guān)管的開關(guān)來達(dá)到逆變效果的整個(gè)仿真框圖。給定采樣周期T和直流母線電壓U，參考電壓矢量U在A，B，C軸系下sdcref的分量由三相對稱正弦電壓U，U，U提供，輸出脈沖即為實(shí)時(shí)產(chǎn)生的SVPWMabc波。11IIIII/I11II圖2.4逆變模型總框圖2.2SVPWM控制算法仿真結(jié)果及分析逆變器輸入的直流電等效為Udc=800V,接到使用IGBT的三相橋式逆變電路上；利用脈沖信號生成模塊發(fā)出的六路PWM信號對逆變橋路六個(gè)功率開關(guān)管進(jìn)行PWM控制；從逆變橋路輸出三相電壓經(jīng)過三對L和C構(gòu)成的低通濾波器及電抗器構(gòu)成整個(gè)逆變回路。其中L=15mH,C=45pF,R=10Q仿真中，開關(guān)頻率20K

9、，離散采樣時(shí)間設(shè)為1e-006秒，仿真時(shí)間定為0.5秒，步長選為系統(tǒng)自動設(shè)定值,仿真求解器設(shè)為可變步長離散型求解器。仿真測量結(jié)果如下：1）圖2.5為給定的三相正弦電壓波形，ABC三相互差120度，220V。/V/e20015010050-50-100-150-20011I1；-7rIIIIanaL-II|VIIIIIILiii111.I：卜:】1.f1JI(J0onII仙IJI/M1IHvJIjIVVVVvsif;J冷*r11IIIII/I11II00.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20圖2.5給定的三相正弦電壓波形2）圖2.6為參考電壓矢量所處的扇區(qū)

10、。從圖中可以看出扇區(qū)的選擇順序?yàn)?，5，4，3，2，1，。圖2.6扇區(qū)選擇圖3）圖2.7為逆變器通過電壓空間矢量控制后逆變得到的A相電壓波形。從圖中可以看出逆變得到的相電壓為正弦波形，電壓峰值為257V。圖2.7逆變后A相的電壓波形4）圖2.8為逆變器通過電壓空間矢量控制后逆變得到的線電壓波形。從圖中可以看出逆變得到的線電壓為正弦波形，電壓峰值為445V。v/egatlo000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20Time/s圖2.8逆變后線電壓波形6）圖2.9為逆變器通過電壓空間矢量控制后逆變得到的三相電壓波形。從圖中可以看出逆變得到的三相電壓為正弦波

11、形，三相波形互差120度，電壓峰值為257V。200-3000mllHvyoVi111w/VVA;i100-100-2000.020.040.06lJ0.080.100.12Time/sI-0.14v1V0.160.18l0.20300圖2.9逆變后三相電壓波形7）圖2.10為逆變器通過電壓空間矢量控制后逆變得到的三相電流波形。從圖中可以看出逆變得到的三相電流為正弦波形，三相波形互差120度，電流峰值為26A。30-300-200.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20Time/s圖2.10逆變后三相電流波形ooO-s/egatloV總結(jié)通過學(xué)習(xí)現(xiàn)代電力電

12、子這門課，我學(xué)習(xí)了逆變電路的幾種控制方法，本文主要介紹了電壓空間矢量控制法。首先對三相橋式電壓型有源逆變器進(jìn)行了研究分析，隨后介紹了SVPWM調(diào)制技術(shù)的基本原理以及SVPWM的控制算法，主要包括三相電壓變兩相電壓，合成矢量所處的扇區(qū)判斷，每個(gè)扇區(qū)中基本空間矢量作用的時(shí)間和電壓空間矢量切換點(diǎn)的計(jì)算。最后通過采用Matlab仿真軟件，對SVPWM控制算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了建模仿真，其仿真結(jié)果與理論分析的一致性證明了推導(dǎo)出的SVPWM控制算法的正確性。本次仿真實(shí)現(xiàn)了采用SVPWM控制法將800V的直流電壓逆變成了三相交流電，實(shí)現(xiàn)逆變的功能。參考文獻(xiàn)林渭勛.現(xiàn)代電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005劉鳳君.現(xiàn)代逆變技術(shù)及