第6章63空間矢量PWMSVPWM控制

6.3VSR空間矢量PWM(SVPWM)控制

空間矢量PWM(SVPWM)控制策略是依據(jù)變流器空間(電流)矢量切換來(lái)控制變流器的一種控制策略。主要思路在于拋棄了原有的正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)，而是采用逆變器空間電壓矢量的切換以獲得準(zhǔn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而在不高的開(kāi)關(guān)頻(1～3kHz)條件下，使交流電動(dòng)機(jī)獲得了較SPWM控制更好的性能，主要表現(xiàn)在：SVPWM提高了電壓型逆變器的電壓利用率和電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，同時(shí)還減小了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等。

棒銑怯誼陣錐者補(bǔ)絳時(shí)蓮浪憑宮忙胞薄醚定意椅宙刊攬勉峨寓氧侶曬誨簡(jiǎn)第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制1SVPWM與SPWM的比較SVPWM更加直接地控制了交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，雖然SVPWM不輸出三相平衡PWM波形，但它不僅在靜態(tài)，甚至在暫態(tài)期間都能形成準(zhǔn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。常規(guī)的SPWM則將控制重點(diǎn)集中在波形的改進(jìn)上，以至在不高的開(kāi)關(guān)頻率條件下，難以產(chǎn)生較為完善的正弦波電壓，即使開(kāi)關(guān)頻率較高，由于電壓型變流器固有的開(kāi)關(guān)死區(qū)延時(shí)，從而降低了電壓利用率，甚至使波形畸變，因而難以獲得更為滿(mǎn)意的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)性能。堯根墩恥升見(jiàn)滇睬曾申遠(yuǎn)玻焚表綸拉藩用滯跌紉恩舔侮壞韭囪周直沃暮筏第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制2用于VSR直流電流控制中的SVPWM技術(shù)的類(lèi)型

其一是基于固定開(kāi)關(guān)頻率的SVPWM電流控制，即利用同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d，q)中電流調(diào)節(jié)器輸出的空間電壓矢量指令，再采用SVPWM使VSR的空間電壓矢量跟蹤電壓矢量指令，從而達(dá)到電流控制的目的；其二是利用基于滯環(huán)電流控制的SVPWM，即利用電流偏差矢量或電流偏差變化率矢量空間分布給出最佳的電壓矢量切換，使電流偏差控制在滯環(huán)寬度以?xún)?nèi)，這實(shí)際上是一種變開(kāi)關(guān)頻率的SVPWM。

潛悉嗅律鑲賭箔季壓畝亥鞭蹈貍套懶漿揭充鬃硒喬咀祁閹透旺弦淡誘哼壇第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制36.3.1SVPWM一般問(wèn)題討論

1.三相VSR空間電壓矢量分布某一開(kāi)關(guān)組合就對(duì)應(yīng)一條空間矢量。該開(kāi)關(guān)組合時(shí)的Va0、Vb0、Vc0即為該空間矢量，在三軸(a，b，c)上的投影。

侯柄想宮擊驢論賈素展尋橋巾窺訝姜改滌刨寶冠誅盟慚芽亦退精罐賽亢獲第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制4復(fù)平面內(nèi)定義的電壓空間矢量

如果是角頻率為ω的三相對(duì)稱(chēng)正弦波電壓,那么矢量V即為模為相電壓峰值,且以角頻率ω按逆時(shí)針?lè)较騽蛩傩D(zhuǎn)的空間矢量，而空間矢量V在三軸(a，b，c)上的投影就是對(duì)稱(chēng)的三相正弦量。敲川描暴企倍歌賊誤蔥妻捐保剪爪豎吉韓燼抱奸答垃蘊(yùn)灣敢峨圾桌蔡廬聰?shù)?章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制52.空間電壓矢量的合成對(duì)于任一給定的空間電壓矢量，均可由8條三相VSR空間電壓矢量合成，6條模為的空間電壓矢量將復(fù)平面均分成六個(gè)扇形區(qū)域I～VI對(duì)于任一扇形區(qū)域中的電壓矢量，均可由該扇形區(qū)兩邊的VSR空間電壓矢量來(lái)合成。如果V*在復(fù)平面上勻速旋轉(zhuǎn)，就對(duì)應(yīng)得到了三相對(duì)稱(chēng)的正弦量。

由于開(kāi)關(guān)頻率和矢量組合的限制，V*的合成矢量只能以某一步進(jìn)速度旋轉(zhuǎn)，從而使矢量端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為一多邊形準(zhǔn)圓軌跡。輔元碾砰薛鴿乓僅答蹈循杏鋅逮罩券售閃胳助肥拴茄客愛(ài)節(jié)梆嫂荒徊視押第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制6電壓空間矢量V*的幾種合成方法

方法一：該方法將零矢量均勻地分布在矢量V*的起、終點(diǎn)上，然后依次由V1、V2按三角形方法合成，如圖a所示。從該合成法的開(kāi)關(guān)函數(shù)波形(見(jiàn)圖b)分析，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，VSR上橋臂功率開(kāi)關(guān)管共開(kāi)關(guān)4次。

（a）V*合成（b）開(kāi)關(guān)函數(shù)波形隸傣譽(yù)司硬財(cái)零占轍祖埂俄鐘詫蔫晦惹捎課牽壟添細(xì)芍痢海痞彼詠章則鞋第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制7頻譜分布（c）頻譜分布由于開(kāi)關(guān)函數(shù)波形不對(duì)稱(chēng)，因此PWM諧波分量主要集中在開(kāi)關(guān)頻率fa及2fa，其頻譜分布如圖c所示。顯然，在頻率fa處的諧波幅值較大。云悉睬允鋤降渙卞孕姥母秤砍施貧簇肛優(yōu)臨芒愁召挽隊(duì)捍寥錄絨脊鼠霧玉第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制8方法二：方法二的矢量合成與方法一不同的是，除零矢量外，V*依次由V1、V2、V1合成，并從V*矢量中點(diǎn)截出兩個(gè)三角形，如圖a所示。由圖b的PWM開(kāi)關(guān)函數(shù)波形分析，一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中VSR上橋臂功率開(kāi)關(guān)管共開(kāi)關(guān)4次，且波形對(duì)稱(chēng)。

（a）合成（b）開(kāi)關(guān)函數(shù)波形益扳蘿喚芭淚枷兇鮑欣廂跌址巢舟杭詐威刑恥債困淫眷簍演籽嘲權(quán)偷農(nóng)九第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制9PWM諧波分量仍主要分布在開(kāi)關(guān)頻率的整數(shù)倍頻率附近，諧波幅值顯然比方法一有所降低，其頻譜分布c所示。（c）頻譜分布碌嫡九粕苔翌贅月翰鄉(xiāng)餞寞獲設(shè)蓬勉享擂影擱唁夜挎砷脾焦啪巧烴合戊郁第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制10方法三：方法三將零矢量周期分成三段，其中矢量V*的起、終點(diǎn)上均勻地分布矢量V0，而在矢量V*中點(diǎn)處分布矢量V7。除零矢量外，矢量V*的合成與方法二類(lèi)似，即均以矢量V*中點(diǎn)截出兩個(gè)三角形，V*的合成矢量如圖a所示。從開(kāi)關(guān)函數(shù)波形(見(jiàn)圖b)可以看出，在一個(gè)PWM開(kāi)關(guān)周期，該方法使VSR橋臂功率管開(kāi)關(guān)6次，且波形對(duì)稱(chēng)。

（a）V*合成（b）開(kāi)關(guān)函數(shù)波形鉗輩迅漏祝咱豆臥柜芬玫鍛庚矚魚(yú)埃懸碩聳站歐恍葵菏逛乎讓纜子燭蛔泛第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制11PWM諧波仍主要分布在開(kāi)關(guān)頻率的整數(shù)倍頻率附近。在頻率附近處的諧波幅值降低十分明顯，其頻譜分布如圖c所示。

（c）頻譜分布憚偷戊沃氨儡滬玻踴腕餡慌白垮腕仇息甄翻廁己身凳誘般焦就妊崖釩隸旬第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制126.3.2三相VSR空間電壓矢量PWM(SVPWM)控制SVPWM的三相VSR控制則有下列突出優(yōu)點(diǎn)：(1)與SPWM控制相比，其三相VSR直流電壓利用率提高了15．4%。

(2)與SPWM控制相比，相同的波形品質(zhì)條件下，SVPWM控制具有較低的開(kāi)關(guān)頻率，且平均約降低30%，從而有效地降低了功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗。(3)與SPWM控制相比，SVPWM控制具有更好的動(dòng)態(tài)性能。當(dāng)采用SVPWM進(jìn)行VSR電流控制時(shí)，可以根據(jù)被跟蹤的電流矢量，優(yōu)化選擇三相VSR空間電壓矢量進(jìn)行PWM電流跟蹤控制，癡壓淳宴龔菩姿怪填撻祁鎂郎燥蒸腹料妥熔齡幼被垣怕篡淪筋槍逞裔傀辛第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制13三相VSRSVPWM電流控制類(lèi)型

1.通過(guò)三相VSR電流環(huán)運(yùn)算獲得空間指令電壓矢量，然后通過(guò)VSR空間電壓矢量的合成，使實(shí)際的空間電壓矢量逼近指令電壓矢量，以達(dá)到電流控制的目的；這類(lèi)SVPWM電流控制方案，一般用于動(dòng)態(tài)電流響應(yīng)要求不高的正弦波電流跟蹤控制場(chǎng)合，如高功率因數(shù)整流器、無(wú)功補(bǔ)償裝置等。這主要是由于其指令電壓矢量受VSR系統(tǒng)及控制滯后擾動(dòng)的影響，因而不易取得十分理想的動(dòng)態(tài)電流響應(yīng)。揖蠶瓦吱傀迭洗蘭誘嘆累在蘊(yùn)末午減吾蕾堡人逝嘎僳麥粗巷晃輾刻腔厄杰第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制14三相VSRSVPWM電流控制類(lèi)型2.將滯環(huán)控制與SVPWM控制相結(jié)合，通過(guò)VSR空間電壓矢量的實(shí)時(shí)切換，使電流誤差被限制在一個(gè)給定滯環(huán)內(nèi)，從而獲得電流的高品質(zhì)控制。這類(lèi)SVPWM電流控制方案，因其快速的電流響應(yīng)和較好的系統(tǒng)魯棒性，常用于諸如有源濾波器等要求快速電流響應(yīng)控制的系統(tǒng)中。這類(lèi)控制方案將滯環(huán)控制與SVPWM控制有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在取得快速電流響應(yīng)的同時(shí)，降低了開(kāi)關(guān)頻率，提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率。史斧響柜止剩勒曰棕妝治然尾缸量渾滄頌纜塵踐英氧揚(yáng)漚揮贏瞬灑矩揉儡第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制15這種控制策略是將指令電流與反饋電流通過(guò)定環(huán)寬的滯環(huán)比較單元，輸出相應(yīng)的比較狀態(tài)值Ba、Bb、Bc,并通過(guò)對(duì)指令電壓矢量V*的區(qū)域判別，最終由空間電壓矢量選擇邏輯，輸出一個(gè)合適的Vk（k=0，…，7），從而使三相VSR電流跟蹤指令電流。

1.基于不定頻

滯環(huán)的SVPWM電流控制

（原理框圖如圖所示）燭鉆鈾逸胚堯榮埋久碑辮遇韻嚴(yán)靶剔歐闡浴蜘凜暗賄牽孿狗曬譴支耘讓桑第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制16（2）控制規(guī)則與Vk（k=0，…，7）的選擇一旦指令電壓矢量V*及誤差電流矢量ΔI確定之后，兩矢量空間的區(qū)域位置也隨之確定，為實(shí)現(xiàn)電流跟蹤控制，則必須選擇一個(gè)合適的三相空間電壓矢量Vk（k=0，…，7），使誤差電流變化率矢量dΔI/dt與誤差電流矢量ΔI的方向始終相反。當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率足夠高時(shí)，誤差電流矢量的模就被限制在一定的滯環(huán)寬度以?xún)?nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了三相VSR電流蹤控制。執(zhí)旅畔章勵(lì)伺梧確皂斃和盎神醉匙莽褒酣返命企雁拼陸鑼螞漿拖覆提抹猴第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制17Vk的選擇對(duì)電流跟蹤的影響當(dāng)矢量ΔI、V*在空間的區(qū)域確定后，可選擇多條Vk滿(mǎn)足上述要求。若選取的Vk使其對(duì)應(yīng)的誤差電流變化率矢量的模越大，其電流跟蹤速度越快，若采用固定的滯環(huán)寬度，則開(kāi)關(guān)頻率也會(huì)增加；當(dāng)選取的Vk使其對(duì)應(yīng)的誤差變化率矢量的模越小，其電流跟蹤速度越慢，相應(yīng)的開(kāi)關(guān)頻率會(huì)降低。為了限制不定頻滯環(huán)SVPWM電流控制時(shí)的電流變化率，應(yīng)選擇Vk，使其對(duì)應(yīng)的誤差電流變化率矢量的模最小。蘿塊烙扁漸掌杉躺淚狼催挑歸英渺攣叁壺厭喻砷眉仿仰祿活蜀碗暈泡剩敢第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制18設(shè)定滯環(huán)寬時(shí)，三相VSR不定頻滯環(huán)SVPWM電流控制規(guī)則

規(guī)則1：當(dāng)時(shí)，選擇三相VSR空間電壓矢量Vk（k=0，…，7），使其對(duì)應(yīng)的具有與誤差電流矢量ΔI方向相反的最小分量，以確保電流矢量，在跟蹤指令電流矢量I*的同時(shí)，限制電流變化率，以抑制電流諧波。規(guī)則2：當(dāng)時(shí)，原有Vk（k=0，…，7）不切換，從而在限制平均開(kāi)關(guān)頻率的同時(shí)，增加了SVPWM控制的穩(wěn)定性。

撬陷彪蠕銜衛(wèi)飛挑渣拼妮戌禾傲斗黑棄啼瞥疫蘇輩撐韌屋襪漫謗嗓孔喂普第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制19采用規(guī)則2控制時(shí)，Vk的選擇（如圖所示）

當(dāng)位于①、⑥區(qū)域構(gòu)成的平行四邊形區(qū)域時(shí)，應(yīng)選擇V1；當(dāng)位于②、③區(qū)域構(gòu)成的平行四邊形區(qū)域時(shí)，應(yīng)選擇V2；當(dāng)位于④、⑤區(qū)域構(gòu)成的平行四邊形區(qū)域時(shí)，應(yīng)選擇V0、V7。

當(dāng)V*在I區(qū)時(shí)，可能選擇的電壓矢量為V1、V2、V0、V7。再由△I區(qū)域與V*區(qū)域的相對(duì)幾何關(guān)系分析，腐畏烴間呆披熔鼠以菩呢抵驟騁鴉憂(yōu)姿左讓侮肌曝隴劍肯痰甩臂按機(jī)造語(yǔ)第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制20（3）不定頻滯環(huán)優(yōu)化SVPWM電流控制優(yōu)化的SVPWM電流控制策略是：即值過(guò)大時(shí)，采用響應(yīng)最快的SVPWM電流控制規(guī)則，以進(jìn)行快速電流跟蹤控制；而當(dāng)值相對(duì)較小時(shí)，即保持原有的控制規(guī)則，以限制開(kāi)關(guān)頻率，并抑制電流諧波。

這是一種雙滯環(huán)的SVPWM電流控制，如圖所示。圖中，內(nèi)滯環(huán)寬度為IW，而外滯環(huán)寬為IW+ΔIW。

撰篆懾合想沸閉櫥隸道凄跳諒勻躊乙翠鍬渤哭茍劉矣翹綽膨收瘓駿碳敘俐第6章63空間矢量PWMSVPWM控制第6章63空間矢量PWMSVPWM控制21優(yōu)化的不定頻滯環(huán)SVPWM控制規(guī)則

規(guī)則

1：

當(dāng)＞時(shí)，選擇VK（k=0，…，7），使其對(duì)應(yīng)的具有與ΔI方向相反的最大分量，從而使I以最快速度跟蹤。規(guī)則2：

當(dāng)時(shí)，選擇VK（k=0，…，7），使其對(duì)應(yīng)的具有與ΔI方向相反的最小分量，從而使I在跟蹤I*的同時(shí)，限制電流變化率，以抑制電流諧波。規(guī)則3：

當(dāng)時(shí)，原