SVPWM电压矢量控制

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术,把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作，这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的，所以又称“电压空间矢量,PWM,（,SVPWM,，,Space Vector PWM,）控制”。,空间矢量的定义,交流电动机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化的，如果考虑到它们所在绕组的空间位置，可以定义为空间矢量。,定义三相定子电压空间矢量,k为待定系数,空间矢量的合成,三相合成矢量,图5-21 电压空间矢量,的合成矢量,空间矢量的定义,定子电流空间矢量,定子磁链空间矢量,空间矢量表达式,空间矢量功率表达式,共轭矢量,空间矢量表达式,考虑到,三相瞬时功率,按空间矢量功率与三相瞬时功率相等的原则,空间矢量表达式,空间矢量表达式,当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相合成矢量,空间矢量表达式,以电源角频率为角速度作恒速旋转的空间矢量，幅值,在三相平衡正弦电压供电时，若电动机转速已稳定，则定子电流和磁链的空间矢量的幅值恒定，以电源角频率为电气角速度在空间作恒速旋转。,电压与磁链空间矢量的关系,合成空间矢量表示的定子电压方程式,忽略定子电阻压降，定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为,或,电压与磁链空间矢量的关系,当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形（简称为磁链圆）。,定子磁链矢量,定子电压矢量,电压与磁链空间矢量的关系,图5-22 旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹,图5-23 电压矢量圆轨迹,电压空间矢量,直流电源中点,O,和交流电动机中点,O,的电位不等，但合成电压矢量的表达式相等。,因此，三相合成电压空间矢量与参考点无关。,8个基本空间矢量,PWM,逆变器共有,8,种工作状态,当,8个基本空间矢量,依此类推，可得8个基本空间矢量,。,当,8个基本空间矢量,2,个零矢量,6,个有效工作矢量,幅值为,空间互差,基本电压空间矢量图,图5-24 基本电压空间矢量图,正六边形空间旋转磁场,6,个有效工作矢量完成一个周期，输出基波电压角频率,6,个有效工作矢量,每个有效工作矢量作用,顺序分别作用t时间，并使,正六边形空间旋转磁场,k=1,2,3,4,5,6,定子磁链矢量的增量,定子磁链矢量运动方向与电压矢量相同，增量的幅值等于,正六边形空间旋转磁场,定子磁链矢量的运动轨迹为,图5-25 定子磁链矢量增量,正六边形空间旋转磁场,图5-26 正六边形定子磁链轨迹,在一个周期内，,6,个有效工作矢量顺序作用一次，定子磁链矢量是一个封闭的正六边形。,正六边形空间旋转磁场,要保持正六边形定子磁链不变，必须使,在变频的同时必须调节直流电压，造成了控制的复杂性。,正六边形空间旋转磁场,有效的方法是插入零矢量,当零矢量作用时，定子磁链矢量的增量,表明定子磁链矢量停留不动。,正六边形空间旋转磁场,在直流电压不变的条件下，要保持,输出频率越低，,t,越大，零矢量作用时间,t,0,也越大，定子磁链矢量轨迹停留的时间越长。,由此可知，,零矢量的插入有效地解决了定子磁链矢量幅值与旋转速度的矛盾,。,恒定，只要使t,1,为常数即可。,期望电压空间矢量的合成,六边形旋转磁场带有较大的谐波分量，这将导致转矩与转速的脉动。,要获得更多边形或接近圆形的旋转磁场，就必须有更多的空间位置不同的电压空间矢量以供选择。,PWM,逆变器只有,8,个基本电压矢量，能否用这,8,个基本矢量合成出其他多种不同的矢量呢？,期望电压空间矢量的合成,按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，这就是电压空间矢量,PWM,（,SVPWM,）的基本思想。,按,6,个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，当期望输出电压矢量落在某个扇区内时，就用与期望输出电压矢量相邻的,2,个有效工作矢量等效地合成期望输出矢量。,期望电压空间矢量的合成,图5-27 电压空间矢量的6个扇区,按,6,个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，每个扇区对应,期望电压空间矢量的合成,基本电压空间矢量,图5-28 期望输出电压矢量的合成,期望输出电压矢量与扇区起始边的夹角,的线性组合构成期望的电压矢量,期望电压空间矢量的合成,在一个开关周期,T,0,图5-28 期望输出电压矢量的合成,的作用时间,的作用时间,合成电压矢量,期望电压空间矢量的合成,由正弦定理可得,解得,零矢量的作用时间,期望电压空间矢量的合成,两个基本矢量作用时间之和应满足,当,输出电压矢量最大幅值,期望电压空间矢量的,合成,当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相合成矢量幅值,基波相电压最大幅值,基波线电压最大幅值,期望电压空间矢量的合成,SPWM,的基波线电压最大幅值为,两者之比,SVPWM,方式的逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比,SPWM,逆变器输出电压最多提高了约,15%,。,SVPWM的实现,通常以开关损耗和谐波分量都较小为原则，来安排基本矢量和零矢量的作用顺序，一般在减少开关次数的同时，尽量使,PWM,输出波型对称，以减少谐波分量。,零矢量集中的实现方法,按照对称原则，将两个基本电压矢量的作用时间平分为二后，安放在开关周期的首端和末端。,零矢量的作用时间放在开关周期的中间，并按开关次数最少的原则选择零矢量。,在一个开关周期内，有一相的状态保持不变，从一个矢量切换到另一个矢量时，只有一相状态发生变化，因而,开关次数少，开关损耗小,。,零矢量集中的实现方法,图5-29 零矢量集中的SVPWM实现,零矢量分散的实现方法,将零矢量平均分为,4,份，在开关周期的首、尾各放,1,份，在中间放两份。,将两个基本电压矢量的作用时间平分为二后，插在零矢量间。,按开关次数最少的原则选择矢量。,零矢量分散的实现方法,图5-30 零矢量分布的SVPWM实现,零矢量分散的实现方法,每个周期均以零矢量开始，并以零矢量结束。,从一个矢量切换到另一个矢量时，只有一相状态发生变化。,在一个开关周期内，三相状态均各变化一次，开关损耗略大于零矢量集中的方法。,总体仿真图,激励,SVPWM,Ed-Uabc,开关函数,总体仿真图,