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(shí)際上是對(duì)應(yīng)于交流感應(yīng)電機(jī)或永磁同步電機(jī)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(shí)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(diǎn)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(shí)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(shì)，所以逆變器中采用SVPWM應(yīng)是優(yōu)先的選擇。對(duì)稱電壓三相正弦相電壓的瞬時(shí)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(gè)復(fù)平面，復(fù)平面的實(shí)軸與A相電壓向量重合，虛軸超前實(shí)軸，分別標(biāo)識(shí)為Re、Im。在這個(gè)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(gè)功率開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)a，b或c為1時(shí)，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(dāng)a，b或c為0時(shí)，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(shí)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(duì)于不同的開關(guān)狀態(tài)組合(abc)，可以得到8個(gè)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(gè)零電壓空間矢量，6個(gè)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(gè)區(qū)，稱之為扇區(qū)。表2-2N與扇區(qū)的對(duì)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(shí)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(shí)間，可以令：(2-35)可以得到各個(gè)扇區(qū)T1、T2、T0作用的時(shí)間如下表2-3所示。表2-3各扇區(qū)T1、T2、T0作用時(shí)間Table2-3TheeffecttimeofT1、T2、T0everysectorN123456T1ZY-Z-XX-YT2Y-XXZ-Y-ZT0TPWM＝Ts-T1-T2如果當(dāng)T1+T2>TPWM，必須進(jìn)行過(guò)調(diào)制處理，則令:(2-36)(3)確定各扇區(qū)矢量切換點(diǎn)定義：(2-37)三相電壓開關(guān)時(shí)間切換點(diǎn)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(shí)間切換點(diǎn)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(gè)開關(guān)周期中作用時(shí)間相同，生成的是對(duì)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。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(shí)周期，與切換點(diǎn)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(duì)其逆變電路進(jìn)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(shí)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(jì)算圖計(jì)算切換時(shí)間tcm1tcm2tcm3(a)扇區(qū)Ｎ(b)切換時(shí)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