空間電壓矢量svpwm控制原理解析

　　空間矢量脈寬調(diào)制（Space Vector Pulse Width Modulation） 是已被應(yīng)用于變頻器、UPS、無功補(bǔ)償器等領(lǐng)域的新技術(shù)。近年來隨著大型重工業(yè)行業(yè)的技術(shù)改造和更新工作的展開，對(duì)大功率、高質(zhì)量變頻器的需求與日俱增，這種情況在我國尤其突出。電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展，為變頻器技術(shù)日趨成熟準(zhǔn)備了條件，先進(jìn)的SVPWM技術(shù)在此環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生。變頻器的SVPWM算法與其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有著密切的聯(lián)系，因此必須根據(jù)變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，選取相應(yīng)的控制算法。

　　SVPWM是近年發(fā)展的一種比較新穎的控制方法，是由三相功率逆變器的六個(gè)功率開關(guān)元件組成的特定開關(guān)模式產(chǎn)生的脈寬調(diào)制波，能夠使輸出電流波形盡可能接近于理想的正弦波形。空間電壓矢量PWM與傳統(tǒng)的正弦PWM不同，它是從三相輸出電壓的整體效果出發(fā)，著眼于如何使電機(jī)獲得理想圓形磁鏈軌跡。SVPWM技術(shù)與SPWM相比較，繞組電流波形的諧波成分小，使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)降低，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)更逼近圓形，而且使直流母線電壓的利用率有了很大提高，且更易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。

　　PAM是英文PulseAmplitudeModulation（脈沖幅度調(diào)制）縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式SPWM，就是在PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)率排列，這樣輸出波形經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波可。

　　SVPWM 基本原理

　　SVPWM 的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)通過對(duì)基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等。在某個(gè)時(shí)刻，電壓矢量旋轉(zhuǎn)到某個(gè)區(qū)域中，可由組成這個(gè)區(qū)域的兩個(gè)相鄰的非零矢量和零矢量在時(shí)間上的不同組合來得到。兩個(gè)矢量的作用時(shí)間在一個(gè)采樣周期內(nèi)分多次施加，從而控制各個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉(zhuǎn)，通過逆變器的不同開關(guān)狀態(tài)所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近理想磁通圓，并由兩者的比較結(jié)果來決定逆變器的開關(guān)狀態(tài)，從而形成PWM 波形。逆變電路如圖1-1示。

　　設(shè)直流母線側(cè)電壓為Uas，逆變器輸出的三相相電壓為UA，Ug ，Uc，其分別加在空間上互差1200 的三相平面靜止坐標(biāo)系上，可以定義三個(gè)電壓空間矢量UA（t）.Ug（t）.Uc（t），它們的方向始終在各相的軸線上，而大小則隨時(shí)間按正弦規(guī)律做變化，時(shí)間相位互差120。

　　假設(shè)Um為相電壓有效值，f為電源頻率，則有：

　　可見U（t）是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值為相電壓峰值的1.5倍，Um為相電壓峰值，且以角頻率c=2nf按逆時(shí)針方向勻速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，而空間矢量U（t）在三相坐標(biāo)軸（a，b，c）上的投影就是對(duì)稱的三相正弦量。

　　由于逆變器三相橋臂共有6 個(gè)開關(guān)管，為了研究各相上下橋臂不同開關(guān)組合時(shí)逆變器輸出的空間電壓矢量，特定義開關(guān)函數(shù)Sx（x= a，b，c）為：

　?。⊿a.Sb.Se）的全部可能組合共有八個(gè)，包括6 個(gè)非零矢量U1：（001）.U2：（010）.U3（011）.U4（100）.U5（101）.U6（110）。和兩個(gè)零矢量Uo（000）.U7（111），下面以其中一種開關(guān)組合為例分析，假設(shè)Sx（x= a，b，c）= （100），此時(shí)

　　求解上述方程可得： Uan=2Uj/3、Ubn=-Ua/3、Ucn=-Ua /3。同理可計(jì)算出其它各種組合下的空間電壓矢量，列表如下：

　　其中非零矢量的幅值相同（模長為2Ua/3），相鄰的矢量間隔60*，而兩個(gè)零矢量幅值為零，位于中心。在每一個(gè)扇區(qū)，選擇相鄰的兩個(gè)電壓矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原則來合成每個(gè)扇區(qū)內(nèi)的任意電壓矢量，即：

　　其中，Uref 為期望電壓矢量; T 為采樣周期; Tx，Ty、TO分別為對(duì)應(yīng)兩個(gè)非零電壓矢量Ux.Uy和零電壓矢量UO在一個(gè)采樣周期的作用時(shí)間; 其中UO 包括了UO和U）兩個(gè)零矢量。式（1-6）的意義是，矢量Uref 在T 時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的積分效果值和UX、Uy、UO分別在時(shí)間Tz.Ty.To 內(nèi)產(chǎn)生的積分效果相加總和值相同。

　　由于三相正弦波電壓在電壓空間向量中合成一個(gè)等效的旋轉(zhuǎn)電壓，其旋轉(zhuǎn)速度是輸入電源角頻率，等效旋轉(zhuǎn)電壓的軌跡將是如圖1-3 所示的圓形。所以要產(chǎn)生三相正弦波電壓，可以利用以上電壓向量合成的技術(shù)，在電壓空間向量上，將設(shè)定的電壓向量由U4（100）位置開始，每一次增加一個(gè)小增量，每一個(gè)小增量設(shè)定電壓向量可以用該區(qū)中相鄰的兩個(gè)基本非零向量與零電壓向量予以合成，如此所得到的設(shè)定電壓向量就等效于一個(gè)在電壓空間向量平面上平滑旋轉(zhuǎn)的電壓空間向量，從而達(dá)到電壓空間向量脈寬調(diào)制的目的。