【2017年整理】经典的SVPWM理论及Simulink仿真搭建.doc

1 SVPWM技术原理 1.1 SVPWM调制技术原理 空间矢量脉宽调制SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)，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优化谐波程度比较高，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比较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发展趋势，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： (2-23) 其中Um为相电压的幅值，ω=2πf为相电压的角频率。图2.11为三相电压的向量图，在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，分别标识为Re、Im。在这个复平面上，定义三相相电压ua、ub、uc合成的电压空间矢量为： (2-24) 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，则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)，2*2*2=8，可以得到8个基本电压空间矢量。各矢量为： (2-25) 则相电压Van、Vbn、Vcn，线电压Vab、Vbc、Vca以及的值如下表2-1所示（其中Udc为直流母线电压）。 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 a b c Van Vbn Vcn Vab Vbc Vca 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 2Udc/3 -Udc/3 -Udc/3 Udc 0 -Udc 0 1 0 -Udc/3 2Udc/3 -Udc/3 -Udc Udc 0 1 1 0 Udc/3 Udc/3 -2Udc/3 0 Udc -Udc 0 0 1 -Udc/3 -Udc/3 2Udc/3 0 -Udc Udc 1 0 1 Udc/3 -2Udc/3 Udc/3 Udc -Udc 0 0 1 1 -2Udc/3 Udc/3 Udc/3 -Udc 0 Udc 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 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种组合的基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。 图2.13 电压空间矢量与对应的（abc）示意图 旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量(和)和零矢量()在时间上的不同组合来得到。先作用的称为主矢量，后作用的称为辅矢量，作用的时间分别为TK和TK+1，作用时间为To。以扇区I为例，空间矢量合成示意图如图2.14所示。根据平衡等效原则可以得到下式： (2-27) 　　　　　 　　　 　　　　　 (2-28) 　　　　　　　 　 　　　　　　　 (2-29) 式中，T1，T2，T0分别为，和零矢量和的作用时间，θ为合成矢量与主矢量的夹角。 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T1，T2，T0，由图2.14可以得到： 　　　　 (2-30) 将式(2-29)及∣∣＝∣∣＝2Udc/3和∣∣=Um代入式(2-30)中，可以得到： (2-31) 逆变器能够输出的最大不失真圆形旋转电压矢量为图2-12所示虚线正六边形的 内切圆，其幅值为：，即逆变器输出的不失真最大 正弦相电压幅值为 ，而若采用三相SPWM调制，逆变器能输出的不失真最大正弦相电压幅值为 U dc /2 。显然SVPWM 调制模式下对直流侧电压利用率 更高，它们的直流利用率 之比为 ，即SVPWM法比SPWM法的直流电压利用率提高了15.47%。 图2-12 SVPWM模式下电压矢量幅值边界 判断电压