經(jīng)典的SVPWM理論及Simulink仿真搭建

1 SVPWM技術(shù)原理1.1 SVPWM調(diào)制技術(shù)原理空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM(SpaceVectorPulseWidthModulation)，實際上是對應(yīng)于交流感應(yīng)電機或永磁同步電機中的三相電壓源逆變器功率器件的一種特殊的開關(guān)觸發(fā)順序和脈寬大小的組合，這種開關(guān)觸發(fā)順序和組合將在定子線圈中產(chǎn)生三相互差120°電角度、失真較小的正弦波電流波形。實踐和理論證明，與直接的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)相比，SVPWM的優(yōu)點主要有：(1)SVPWM優(yōu)化諧波程度比較高，消除諧波效果要比SPWM好，實現(xiàn)容易，并且可以提高電壓利用率。(2)SVPWM比較適合于數(shù)字化控制系統(tǒng)。目前以微控器為核心的數(shù)字化控制系統(tǒng)是發(fā)展趨勢，所以逆變器中采用SVPWM應(yīng)是優(yōu)先的選擇。對稱電壓三相正弦相電壓的瞬時值可以表示為：(2-23)其中Um為相電壓的幅值，ω=2πf為相電壓的角頻率。圖2.11為三相電壓的向量圖，在該平面上形成一個復(fù)平面，復(fù)平面的實軸與A相電壓向量重合，虛軸超前實軸，分別標識為Re、Im。在這個復(fù)平面上，定義三相相電壓ua、ub、uc合成的電壓空間矢量為：(2-24)圖2.11電壓空間矢量三相電壓型逆變器電路原理圖如圖2.12所示。定義開關(guān)量a，b，c和a'，b'，c'表示6個功率開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)。當a，b或c為1時，逆變橋的上橋臂開關(guān)管開通，其下橋臂開關(guān)管關(guān)斷(即a'，b'或c'為0)；反之，當a，b或c為0時，上橋臂開關(guān)管關(guān)斷而下橋臂開關(guān)管開通(即a'，b'或c'為1)。由于同一橋臂上下開關(guān)管不能同時導(dǎo)通，則上述的逆變器三路逆變橋的組態(tài)一共有8種。對于不同的開關(guān)狀態(tài)組合(abc)，可以得到8個基本電壓空間矢量。各矢量為：(2-25)則相電壓Van、Vbn、Vcn，線電壓Vab、Vbc、Vca以及的值如下表2-1所示（其中Udc為直流母線電壓）。圖2.12三相電壓型逆變器原理圖表2-1開關(guān)組態(tài)與電壓的關(guān)系abcVanVbnVcnVabVbcVca00000000001002Udc/3-Udc/3-Udc/3Udc0-Udc010-Udc/32Udc/3-Udc/3-UdcUdc0110Udc/3Udc/3-2Udc/30Udc-Udc001-Udc/3-Udc/32Udc/30-UdcUdc101Udc/3-2Udc/3Udc/3Udc-Udc0011-2Udc/3Udc/3Udc/3-Udc0Udc1110000000可以看出，在8種組合電壓空間矢量中，有2個零電壓空間矢量，6個非零電壓空間矢量。將8種組合的基本空間電壓矢量映射至圖2.11所示的復(fù)平面，即可以得到如圖2.13所示的電壓空間矢量圖。它們將復(fù)平面分成了6個區(qū)，稱之為扇區(qū)。表2-2N與扇區(qū)的對應(yīng)關(guān)系Table2-2ThecorrespondingrelationshipbetweenNandsectorN315462扇區(qū)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ(2)確定各扇區(qū)相鄰兩非零矢量和零矢量作用時間由圖2.14可以得出：(2-33)則上式可以得出：(2-34)同理，以此類推可以得出其它扇區(qū)各矢量的作用時間，可以令：(2-35)可以得到各個扇區(qū)T1、T2、T0作用的時間如下表2-3所示。表2-3各扇區(qū)T1、T2、T0作用時間Table2-3TheeffecttimeofT1、T2、T0everysectorN123456T1ZY-Z-XX-YT2Y-XXZ-Y-ZT0TPWM＝Ts-T1-T2如果當T1+T2>TPWM，必須進行過調(diào)制處理，則令:(2-36)(3)確定各扇區(qū)矢量切換點定義：(2-37)三相電壓開關(guān)時間切換點Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3與各扇區(qū)的關(guān)系如下表2-4所示。表2-4各扇區(qū)時間切換點Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3Table2-4TheswitchingtimeofTcmp1、Tcmp2、Tcmp3everysectorN123456Tcmp1TbTaTaTcTcTbTcmp2TaTcTbTbTaTcTcmp3TcTbTcTaTbTa為了限制開關(guān)頻率，減少開關(guān)損耗，必須合理選擇零矢量000和零矢量111，使變流器開關(guān)狀態(tài)每次只變化一次。假設(shè)零矢量000和零矢量111在一個開關(guān)周期中作用時間相同，生成的是對稱PWM波形，再把每個基本空間電壓矢量作用時間一分為二。例如圖1-4所示的扇區(qū)I，逆變器開關(guān)狀態(tài)編碼序列為000，100，110，111，110，100，000，將三角波周期TPWM作為定時周期，與切換點Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3比較，從而調(diào)制出SVPWM波，其輸出波形如圖2.15所示。同理，可以得到其它扇區(qū)的波形圖。圖2.15扇區(qū)I內(nèi)三相PWM調(diào)制方式1.3 SVPWM建模與仿真SVPWM仿真模塊圖如圖2.16所示，對其逆變電路進行了開環(huán)研究仿真,其中仿真參數(shù)設(shè)置如下：直流電壓Udc=550V，TPWM=0.0001s，給定三相參考相電壓有效值220V。圖2.17(a)，(b)，(c)，(d)分別給出了扇區(qū)Ｎ、電壓切換時間Tcmp1、A相電壓Van、波線電壓波Vab仿真波形圖。圖2.16SVPWM仿真模型圖圖三相到兩相靜止變換圖扇區(qū)N判斷圖中間變量XYZ圖t1和t2計算圖計算切換時間tcm1tcm2tcm3(a)扇區(qū)Ｎ(b)切換時間(c)A相電壓仿真波形(d)線電壓仿真波形圖2.17SVPWM仿真波形從圖(a)看出，扇區(qū)N值為3、1、5、4、6、2交替