1、空間電壓矢量調(diào)制SVPWM技術(shù)SVPWM是在特定開(kāi)關(guān)模式下產(chǎn)生的脈寬調(diào)制波，由三相電源逆變器的6個(gè)電源開(kāi)關(guān)組件組成，是一種比較新的控制方法，使輸出電流波形盡可能接近理想正弦波?？臻g電壓矢量PWM與傳統(tǒng)正弦PWM不同，后者側(cè)重于從三相輸出電壓的總體效果出發(fā)，使電動(dòng)機(jī)獲得理想的圓磁通軌跡。SVPWM技術(shù)與SPWM相比，繞組電流波形的諧波成分較小，降低了電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)更接近圓形，直流總線電壓的利用率大大提高，使數(shù)字化更加容易。此算法將在下面詳細(xì)說(shuō)明。1.1 SVPWM基本原理SVPWM的理論基礎(chǔ)是平均等效原理。也就是說(shuō)，在開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，基本電壓矢量與指定電壓矢量的平均值相結(jié)合。在特定時(shí)間點(diǎn)，電

2、壓矢量可以旋轉(zhuǎn)構(gòu)成區(qū)域的兩個(gè)相鄰的非零矢量和零矢量在時(shí)間上的徐璐不同組合。兩個(gè)矢量的工作時(shí)間在一個(gè)采樣周期內(nèi)多次應(yīng)用，因此控制每個(gè)電壓矢量的工作時(shí)間，電壓空間矢量接近圓形軌跡，通過(guò)在逆變器的不同開(kāi)關(guān)狀態(tài)下生成的實(shí)際磁通量接近理想磁通量圓，比較兩個(gè)矢量的切換狀態(tài)，形成PWM波形。逆變電路如圖1-1所示。可以將直流母線側(cè)電壓設(shè)置為Udc，并定義三個(gè)電壓空間矢量UA(t)、UB(t)和UC(t)，每個(gè)都添加到三相平面靜態(tài)坐標(biāo)系，其中逆變器輸出的三相電壓為UA、UB和UC，每個(gè)空間的徐璐差值為120。這三個(gè)電壓空間矢量uare (t)、UC (t)始終位于每個(gè)相位的軸上，大小取決于正弦，時(shí)間相位之間的

3、差值為120。假定Um是相電壓有效值，f是電源頻率，則：(1-1)其中，添加到三相電壓空間矢量的合成空間矢量U(t)可以表示為：(1-2)可見(jiàn)U(t)是最大相位電壓的1.5倍，Um是最大相位電壓，=2f是逆時(shí)針?lè)较蛞院愣ㄋ俣刃D(zhuǎn)的空間矢量，在三相軸(a，b，c)上U(t)的空間矢量投影是對(duì)稱的三相正弦。圖1-1反相器電路由于逆變器三相橋具有6個(gè)開(kāi)關(guān)管，因此，為了研究各相/子橋臂不同開(kāi)關(guān)組合中逆變器輸出的空間電壓矢量，特別定義的開(kāi)關(guān)函數(shù)如下：(1-3)(Sa，Sb，Sc)為非零向量Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(010)在這種情況下，假定圖1

4、-2矢量U4(100)(1-4)解上述方程式后，結(jié)果為UaN=2Ud/3，UbN=-Ud/3，UcN=-Ud /3。在其他組合中，空間電壓矢量也可以計(jì)算為：表1-1交換機(jī)狀態(tài)與相位和線路電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系公司SbSc向量符號(hào)線路電壓相位電壓UabUbcUca聯(lián)合國(guó)UbNUcN000U0000000100U4Udc00110U6UdcUdc0010U20UdcUdc011U30UdcUdc001U100Udc101U5Udc0Udc111U7000000圖1-3顯示了八個(gè)基本電壓空間矢量的大小和位置其中，非零矢量的振幅相等(模數(shù)長(zhǎng)度為2Udc/3)，兩個(gè)零矢量振幅位于中心，相鄰矢量間距為60和0。選

5、擇每個(gè)扇區(qū)中兩個(gè)相鄰的電壓矢量和零矢量，根據(jù)v超平衡的原則合成每個(gè)扇區(qū)內(nèi)的隨機(jī)電壓矢量。也就是說(shuō)：(1-5)或者：(1-6)其中Uref是估計(jì)的電壓矢量。t是采樣周期。Tx、Ty、T0對(duì)應(yīng)于一個(gè)采樣周期中的兩個(gè)非零電壓矢量Ux、Uy和零電壓矢量U0。其中U0包含兩個(gè)0向量：U0和U7。樣式(1-6)的含義是，矢量Uref在t小時(shí)內(nèi)生成的積分效果值與Ux、Uy、U0分別在Tx、Ty、T0時(shí)間內(nèi)生成的積分效果之和相同。由于三相正弦波電壓在電壓空間矢量中合成相同的旋轉(zhuǎn)電壓，因此旋轉(zhuǎn)速度是輸入電源角度頻率，等效旋轉(zhuǎn)電壓的軌跡成為圖1-3所示的圓形。因此，要生成三相正弦波電壓，可以從電壓空間矢量中設(shè)置的

6、電壓矢量開(kāi)始，一次增加一個(gè)小增量，每個(gè)小增量可以使用與該區(qū)域相鄰的兩個(gè)基本非零矢量和零電壓矢量在電壓空間矢量平面中平滑旋轉(zhuǎn)的電壓空間矢量相同的設(shè)置電壓空間矢量來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓空間矢量脈寬調(diào)制。1.2 SVPWM規(guī)則劉濤三相電壓給定合成的電壓矢量旋轉(zhuǎn)角速度，旋轉(zhuǎn)一周所需的時(shí)間；如果載波頻率為，則為頻率比。這樣，以較小的增量切削(如電壓旋轉(zhuǎn)平面)。也就是說(shuō)，指定的每個(gè)電氣壓力增量的角度為：G=(1-7)現(xiàn)在，如圖1-4所示，假設(shè)要使用U4、U6、U0和U7合成的電壓矢量Uref可以作為第一擴(kuò)展位置的平均值。(1-8)圖1-第一區(qū)域電壓空間矢量的合成和分解兩相停止基準(zhǔn)坐標(biāo)系(，)中Uref和U4之間的角度

7、由正弦定理變?yōu)榭梢缘玫剑?1-9)|U4|=|U6|=2Udc/3，因此每個(gè)向量的狀態(tài)裴珉姬時(shí)間為：(1-10)m是SVPWM調(diào)制系數(shù)。(調(diào)制比=基于調(diào)制波的峰值/基于載波的峰值)零電壓矢量分配以下時(shí)間：T7=T0=(TS-T4-T6)/2 (1-11)或者T7=(TS-T4-T6) (1-12)獲得由U4、U6、U7和U0組成的Uref后生成實(shí)際脈寬調(diào)制波形的方法。SVPWM調(diào)制方式提供了最靈活的零矢量選擇，適當(dāng)?shù)剡x擇零矢量可以最大限度地減少交換機(jī)數(shù)量，最大限度地減少負(fù)載電流大瞬間的開(kāi)關(guān)行為，從而最大限度地減少交換機(jī)損失。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，空間矢量以分時(shí)方式作用，在時(shí)間上構(gòu)成一個(gè)空間矢量的序

8、列、空間矢量的排列方式各不相同，可以根據(jù)空間矢量的對(duì)稱性進(jìn)行分類，將其分為兩相開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器和三相開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器。以下是常用序列的說(shuō)明：1.2.1 7段SVPWM為了減少交換機(jī)的數(shù)量，選擇了基本矢量作用順序的分配原理，如下所示：換句話說(shuō)，只要切換開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其中一個(gè)相位的開(kāi)關(guān)狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化。并且，為了使生成的PWM對(duì)稱，它們?cè)跁r(shí)間上均勻地分布在0矢量上，從而有效地減少PWM的諧波分量。當(dāng)U4(100)切換到U0(000)時(shí)，僅更改a的上下開(kāi)關(guān)對(duì)，從U4(100)切換到U7(111)時(shí)，更改b，c的上下開(kāi)關(guān)對(duì)，使切換損失增加一倍。因此，要更改電壓矢量U4(100)、U2(010)、U1(001)的大小，

9、請(qǐng)選擇0電壓矢量U0(000)和U6(110)、U3(011)、U5(100)這樣，徐璐在不同區(qū)間徐璐排列不同的開(kāi)關(guān)切換順序，以獲得對(duì)稱輸出波形，其他扇區(qū)的開(kāi)關(guān)切換順序如圖1-2所示。表1-2 UREF所在的位置和交換機(jī)切換順序UREF所在的位置交換機(jī)切換順序三相波形圖I古瀨車站(060).0-4-6-7-7-6-4-0.古瀨車站(60120).0-2-6-7-7-6-2-0.古瀨車站(120180).0-2-3-7-7-3-2-0.古瀨車站(180240).0-1-3-7-7-3-1-0.古瀨車站(240300).0-1-5-7-7-5-1-0.區(qū)(300360).0-4-5-7-7-5-4

10、-0.以I扇區(qū)為例，結(jié)果三相波調(diào)制波形在時(shí)間TS期間如圖所示，在圖中，電壓矢量按U0、U4、U6、U7、U6、U4、U0的順序出現(xiàn)，并且每個(gè)電壓矢量的三相波形對(duì)應(yīng)于表1-2中的開(kāi)關(guān)顯示符號(hào)。在下一個(gè)TS期間，Uref角度也增加到1-9，重新計(jì)算新的T0、T4、T6和T7值，以獲得新的合成三相相似新的三相波形。然后，隨著每個(gè)載體周期TS合成新矢量，的增加，Uref依次進(jìn)入，區(qū)。如果電壓矢量旋轉(zhuǎn)一個(gè)周期，則生成r個(gè)合成矢量。1.2.2 5段SVPWM在7段中，發(fā)送波對(duì)稱，諧波含量小，但每個(gè)開(kāi)關(guān)周期有6個(gè)開(kāi)關(guān)切換，為了進(jìn)一步減少開(kāi)關(guān)數(shù)，在每個(gè)扇區(qū)狀態(tài)中使用每個(gè)相位開(kāi)關(guān)保持相同的序列布置，因此每個(gè)開(kāi)關(guān)

11、周期僅使用3個(gè)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)，但諧波含量增加。具體序列見(jiàn)下表。表1-3 UREF所在的位置和交換機(jī)切換順序UREF所在的位置交換機(jī)切換順序三相波形圖I古瀨車站(060).4-6-7-7-6-4.古瀨車站(60120).2-6-7-7-6-2.古瀨車站(120180).2-3-7-7-3-2.古瀨車站(180240).1-3-7-7-3-1.古瀨車站(240300).1-5-7-7-5-1.區(qū)(300360).4-5-7-7-5-4.1.3 SVPWM控制算法要通過(guò)上述SVPWM定律劉濤分析實(shí)現(xiàn)SVPWM信號(hào)的實(shí)時(shí)調(diào)制，首先需要知道具有參考電壓矢量功能(估計(jì)電壓矢量)的區(qū)域圖1-第一區(qū)域電壓空間矢量的

12、合成和分解然后，使用該扇區(qū)的兩個(gè)相鄰電壓矢量和相應(yīng)的0矢量合成參考電壓矢量。圖1-4是在靜止坐標(biāo)系(，)中描述的電壓空間矢量圖，電壓矢量調(diào)制的控制命令是矢量控制系統(tǒng)給定的矢量信號(hào)Uref，以恒定角度頻率在空間中逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到矢量圖形的60個(gè)扇區(qū)之一時(shí)，計(jì)算該區(qū)間所需的基本電壓空間矢量，電力開(kāi)關(guān)元件運(yùn)動(dòng)以與矢量相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)驅(qū)動(dòng)?？刂葡蛄吭诳臻g中旋轉(zhuǎn)360度時(shí)然后，逆變器可以輸出一個(gè)周期的正弦波電壓。1.3.1合成矢量Uref所在扇區(qū)n的判斷空間矢量調(diào)制的第一步是確定空間電壓矢量(Uref)量(由u 和u 確定)的扇區(qū)。假設(shè)合成電壓矢量位于I扇區(qū)，則可以看到其條件為00、U 0和u /u ub

13、0和ub/| ub|U0、ub0和-ub/ubub0、ub0和ub/ubub0和-ub/| ub|U0、ub0和-ub/ub進(jìn)一步分析上述條件后，我們知道基準(zhǔn)電壓矢量Uref所在的扇區(qū)完全確定為ub，U-ub，B- ub-ub3，因此命令如下：(1-13)重新定義。如果是U10，則A=1；否則，A=0；如果為U20，則B=1；否則，B=0；如果為U30，則C=1；否則C=0。雖然a，b，c共有8種組合，但通過(guò)判斷扇區(qū)的公式知道的a，b，c同時(shí)不等于1或同時(shí)不等于0，因此實(shí)際組合將徐璐對(duì)6個(gè)，a，b，c的不同扇區(qū)采取不同的值，并一一對(duì)應(yīng)，因此可以通過(guò)a，b，c的組合準(zhǔn)確地判斷該扇區(qū)。要區(qū)分N=4

14、*C 2*B A的6種狀態(tài)，可以通過(guò)下表計(jì)算參考電壓矢量Uref所在的扇區(qū)。表1-5 N值對(duì)應(yīng)于扇區(qū)n315462扇區(qū)編號(hào)I上述方法在加快和模擬系統(tǒng)響應(yīng)速度時(shí)非常有用，因?yàn)槟梢院?jiǎn)單地通過(guò)加法和減法和邏輯運(yùn)算來(lái)確定該扇區(qū)。1.3.2基本矢量作用時(shí)間計(jì)算和三相PWM波形合成空間角度和三角函數(shù)在傳統(tǒng)SVPWM算法(1-10)中使用，因此很難直接計(jì)算基本電壓矢量運(yùn)行時(shí)間。實(shí)際上，充分利用u alpha和u 可以極大地簡(jiǎn)化計(jì)算。根據(jù)圖1-4分析第一扇區(qū)中的Uref。(1-14)經(jīng)過(guò)整理得出結(jié)論：(1-15)(1-16)同樣，可以獲得Uref對(duì)其他扇區(qū)中每個(gè)向量的作用時(shí)間，如表1-6所示。由此，可以根據(jù)格式(1-13)的U1、U2、U3確定合成矢量所在的扇區(qū)，然后確定兩個(gè)非零矢量的作用時(shí)間，最后推導(dǎo)出三相PWM波工作比，使用表1-6可以更容易地實(shí)現(xiàn)SVPWM算法編程。為了實(shí)現(xiàn)適合不同電壓等級(jí)的算法，電壓通常采用標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)際和標(biāo)準(zhǔn)值，定點(diǎn)處理器通常采用Q12