空間矢量調(diào)制原理與設(shè)計(jì)3.3.1空間矢量調(diào)制原理空間矢量調(diào)制技術(shù)（SVPWM）是從電機(jī)的角度出發(fā)，在電機(jī)坐標(biāo)變換理論和電機(jī)統(tǒng)一理論的基礎(chǔ)上建立電機(jī)數(shù)學(xué)模型，通過逆變器不同開關(guān)狀態(tài)的變化，使電機(jī)的實(shí)際磁鏈最大限度的逼近理想磁鏈圓。SVPWM的形成是在20世紀(jì)80年代，德國(guó)科學(xué)家H.W.Vanderbroeck博士在脈寬調(diào)制中引入了空間矢量技術(shù)，其目標(biāo)是利用逆變器在不同開關(guān)狀態(tài)下產(chǎn)生的八個(gè)基本電壓空間矢量（兩個(gè)零電壓空間矢量和六個(gè)非零電壓空間矢量）合成所需要的電壓空間矢量。其主要的思想是在一個(gè)PWM周期內(nèi)，選擇相鄰的兩個(gè)非零電壓矢量和零電壓矢量，通過合理分配電壓矢量的工作時(shí)間來合成所需的參考電壓空間矢量。跟直接的正弦波調(diào)制技術(shù)相比，采用SVPWM算法的逆變器輸出電壓諧波小，畸變少，從而定子繞組中的電流諧波也少，具有較高的直流電壓利用率。SVPWM的控制方案有三個(gè)部分，即三相電壓的區(qū)間分配、空間矢量的合成和控制算法，一般來說，SVPWM的算法主要根據(jù)以下步驟完成：（1） 判斷參考空間電壓矢量的所處扇區(qū)；（2） 計(jì)算所在扇區(qū)的開關(guān)空間電壓矢量的工作時(shí)間；（3） 根據(jù)電壓矢量工作時(shí)間合成PWM信號(hào)。本文將三相逆變器及永磁同步電機(jī)結(jié)合起來分析SVPWM算法的原理，如圖2-3所示。其輸出電壓由三對(duì)功率開關(guān)器件控制開通，由于逆變器的上橋臂和下橋臂開關(guān)狀態(tài)互補(bǔ)，因此可以用a、b、c三個(gè)功率器件的開關(guān)狀態(tài)來描述逆變器的工作狀態(tài)，共有八種組合，分別對(duì)應(yīng)著八種開關(guān)模式下的線電壓和相電壓，如表2-1所示，其中1代表功率器件的開狀態(tài)，0代表關(guān)狀態(tài)。與三相電壓對(duì)應(yīng)的a-P坐標(biāo)系下的方程為UAUBUc」1'i爲(wèi)X圖2-3三相逆變器及負(fù)載結(jié)構(gòu)圖表2-1中所列的usa、usP電壓值為基本空間矢量的a、P分量，其對(duì)應(yīng)著是開關(guān)管的開關(guān)信號(hào)（a,b,c）o根據(jù)8種開關(guān)序列所產(chǎn)生的2個(gè)零電壓空間矢量和6個(gè)非零基本電壓空間矢量可以得到如圖2-4所示的SVPWM空間電壓矢量圖。表2-1功率器件不同開關(guān)模式下的相電壓和線電壓和空間矢量

◎bc5JJ%矢量00000000000001s-必2^/30譏耳suZ010s嘰3S30—/30110-g301002^/3s-必0-%2必0u4101-叫30-uj爲(wèi)u5110u&h5w0S3-耳/巧堆11100000000UjJ$叫 II區(qū)%”ihi區(qū)/知//\1/、、.ft…山/\//1\\i*\ ①rI r*'\/\\/\\/IV區(qū) 、T%1/?45%；///VI1^：/一VVl^：圖2-4SVPWM空間電壓矢量圖SVPWM技術(shù)將參考電壓Uout分解出來的兩相靜止坐標(biāo)分量合成對(duì)應(yīng)的主矢量，并獲得其相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)。對(duì)于任意小的周期T,Uout與逆變器輸出平均值相等。如圖2-5所示，以第一扇區(qū)為例，用零矢量和最近的兩個(gè)相鄰有效矢量U4、U6合成參考矢量Uout，圖中0表示Uout和U4之間所成的角度，得到:UT二UT+UT+UTouts 44 66 00T二T+T+Ts4 6 0式（2-18）中，Ts—PWM周期；T4—U4工作時(shí)間；T6—U6工作時(shí)間；T0—U0或者U7工作時(shí)間。由圖2-5，根據(jù)三角關(guān)系得：兀T=43uTsin（-6）/U4 outs 3 dcT=.-3UTsin6/U6 outs dc由T+TWT，得UW dc 4 6 outv3cos（罟-6）%*圖2-5圖2-5電壓空間矢量在扇區(qū)I中的合成圖3.3.2空間矢量調(diào)制的算法設(shè)計(jì)將Uout在靜止坐標(biāo)系上的分量Ua和UP以及PWM周期T作為可以實(shí)時(shí)調(diào)制SVPWM的輸入信號(hào)。(1)判斷矢量Uout所處的扇區(qū)根據(jù)對(duì)Vrefl、Vref2、Vref3的極性分析，獲取當(dāng)前合成參考電壓所處的扇區(qū)：如果Vref1>0，那么A=1，否則A=0；如果Vref2>0，那么B=1，否則B=0；如果Vref3>0，那么C=1，否則C=0；定義：M=A+2B+4C,表2-2為計(jì)算出的M與Uout所處扇區(qū)關(guān)系。表2-2M和扇區(qū)號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系M123456扇區(qū)號(hào)11VI1IVIIIV(2)相鄰兩矢量工作時(shí)間的確定X=43uT/U卩sdc3定義:Iy=(U+U)T/U定義:2Q2卩sdc3 ,'3Z=(——U —U)T/U2 Q2 卩sdc對(duì)于不同的扇區(qū)，可以根據(jù)各自的工作時(shí)間Tx、Ty值，計(jì)算得到各個(gè)扇區(qū)所對(duì)應(yīng)的工作時(shí)間表，如表2-3所示。表2-3相鄰電壓空間矢量的作用時(shí)間扇區(qū)號(hào)1IImIVVVI-ZYZ-Y-rZ-Y-X-ZY

(3)計(jì)算矢量切換點(diǎn)TA、TB、TCaon 4T、St=t+定義：bonaon2T+Tt=t+ conaon 2在一個(gè)PWM周期里，每個(gè)橋臂只允許一個(gè)開關(guān)工作，且要求每個(gè)開關(guān)管的動(dòng)作次數(shù)盡可能達(dá)到最少。根據(jù)PWM產(chǎn)生原理及期望得到的SVPWM波，可以得到如圖2-6所示的信號(hào)生成圖。根據(jù)圖2-6及式(2-24)可以得到每個(gè)扇