经典的SVPWM理论及Simulink仿真搭建.pdf

1SVPWM技术原理1.1SVPWM调制技术原理空间矢量脉宽调制SVPWM(SpaceVectorPulseWidthModulation)，实际上是对应于交流感应电机或永磁同步电机中的三相电压源逆变器功率器件的一种特殊的开关触发顺序和脉宽大小的组合，这种开关触发顺序和组合将在定子线圈中产生三相互差120°电角度、失真较小的正弦波电流波形。实践和理论证明，与直接的正弦脉宽调制(SPWM)技术相比，SVPWM的优点主要有：(1)SVPWM优化谐波程度比拟高，消除谐波效果要比SPWM好，实现容易，并且可以提高电压利用率。(2)SVPWM比拟适合于数字化控制系统。目前以微控器为核心的数字化控制系统是开展趋势，所以逆变器中采用SVPWM应是优先的选择。对称电压三相正弦相电压的瞬时值可以表示为：uUcostam2uUcos(t)(2-23)bm32uUcos(t)cm3其中为相电压的幅值，为相电压的角频率。图为三相电压的向量图，在Umω=2πf2.11该平面上形成一个复平面，复平面的实轴与A相电压向量重合，虚轴超前实轴90，分别标识为Re、Im。在这个复平面上，定义三相相电压u、u、u合成的电压空间矢量U为：abcout222jjU(uue3ue3)Uej(t)(2-24)out3abcmbImUoutReOac图2.11电压空间矢量三相电压型逆变器电路原理图如图2.12所示。定义开关量a，b，c和a'，b'，c'表示6个功率开关管的开关状态。当a，b或c为1时，逆变桥的上桥臂开关管开通，其下桥臂开关管关断(即a'，b'或c'为0)；反之，当a，b或c为0时，上桥臂开关管关断而下桥臂开关管开通(即a'，b'或c'为1)。由于同一桥臂上下开关管不能同时导通，那么上述的逆变器三路逆变桥的组态一共有8种。对于不同的开关状态组合(abc)，可以得到8个根本电压空间矢量。各矢量为：222UjjUdc(abe3ce3)(2-25)out3那么相电压V、V、V，线电压V、V、V以及U(abc)的值如下表2-1所示〔其中anbncnabbccaout为直流母线电压〕。UdcabcUＺdcＡＢＮＣa'b'c'图2.12三相电压型逆变器原理图表2-1开关组态与电压的关系abcVVVVVVUanbncnabbccaout000000000021002U/3-U/3-U/3U0-UUdcdcdcdcdc3dc22j010-U/32U/3-U/3-UU0Ue3dcdcdcdcdc3dc2j110U/3U/3-2U/30U-UUe3dcdcdcdcdc3dc42j001-U/3-U/32U/30-UUUe3dcdcdcdcdc3dc52j101U/3-2U/3U/3U-U0Ue3dcdcdcdcdc3dc2011-2U/3U/3U/3-U0UUejdcdcdcdcdc3dc1110000000可以看出，在8种组合电压空间矢量中，有2个零电压空间矢量，6个非零电压空间矢量。将8种组合的根本空间电压矢量映射至图2.11所示的复平面，即可以得到如图2.13所示的电压空间矢量图。它们将复平面分成了6个区，称之为扇区。ⅡU(010)U(110)12060Ⅲ1Ⅰ53U(011)UUU(100)180111000042Ⅳ6ⅥU(001)U(101)240300Ⅴ图2.13电压空间矢量与对应的〔abc〕示意图1.2SVPWM算法实现的理论根底是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对根本电压矢SVPWMTPWM量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。本文采用电压矢量合成法实现SVPWM。如上图2.13所示，在某个时刻，电压空间矢量U旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两out个相邻的非零矢量(U和U)和零矢量(U)在时间上的不同组合来得到。先作用的U称KK+10K为主矢量，后作用的U称为辅矢量，作用的时间分别为T和T，U作用时间为T。K+1KK+1000o以扇区I为例，空间矢量合成示意图如图2.14所示。根据平衡等效原那么可以得到下式：TUTUTUT(U或U)(2-27)PWMout102600000111TTTT(2-28)120PWMTU1U1ToPWM(2-29)TU2U2T60PWM式中，T，T，T分别为U，U和零矢量U和U的作用时间，θ为合成矢量与主120060000111矢量的夹角。U60TsUuoutT2U2/3UTuU110图2.14电压空间矢量合成示意图要合成所需的电压空间矢量，需要计算，，，由图可以得到：T1T2T02.14UUUout12(2-30)sin2/3sin(/3)sin将式(2-29)及∣U∣＝∣U∣＝