两电平SVPWM原理及仿真分析(共5页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上两电平SVPWM原理及仿真分析吴磊， 魏文凯， 刘佳璐中国矿业大学信息与电气工程学院电气班 摘要：介绍了电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）的基本原理，详细阐述了在仿真软件MATLABSIMULINK环境下实现SVPWM的方法，最后给出了仿真实验结果。关键词：电压空间矢量脉宽调制MATLAB 仿真1基本原理交-直-交pwm变频器主回路结构图变频器中的逆变器接成三相桥式电路，以便输出三相交流变频电源。控制开关器件轮流导通和关断，可使输出端得到三相交流电压。本结构中使用180º导通型逆变器，同一桥臂上下两管之间互相换流，在某一瞬间，控制一个开关器件关断，同时使另一

2、个器件导通，就实现了两个器件之间的换流。同时，必须采取“先断后通”的方法，即先给应关断的器件发出关断信号，待一段时间后再给应导通的器件发出开通信号。以此防止同一桥臂的上下两管同时导通造成直流电源短路。SVPWM技术源于对交流电动机定子磁链实施跟踪控制的思想，利用逆变器输出的各基本电压矢量交替作用，从而输出合成时的正弦交流电压产生期望的磁链轨迹。1 SVPWM的基本原理SVPWM实际上是对应于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。按一定规律来控制逆变器三对桥臂晶体管的通断，将直流侧电压变为三相正弦电压输出。因此，三相桥式逆变电路各桥臂通断状态的组合为6个有效的空间矢量

3、V4(100) 、V6(110) 、V2(010) 、V3(011) 、V1(001) 、V5(101)和2个零矢量V0(000) 、V7(111)如图1 所示。为了得到旋转空间矢量，在不降低直流电压利用率情况下能调控三相逆变器输出的基波电压和消除低次谐波，可用矢量V所在扇区边界的两个相邻特定矢量Vx和Vy及零矢量Vz合成一个等效的电压矢量V，调控V的大小和相位。则在时间很短的一个开关周期Ts中，矢量存在时间就由组成这个区域的两个相邻的非零矢量Vx存在Tx 时间、Vy存在Ty 时间以及零矢量Vz存在T0 时间来等效，即VxTx+VyTy+VzT0=VTs=V(Tx+Ty+T0)将Vx=23VD

4、、Vy=23VDej60º、Vz=0代入上式，得TxTy=3VplmVDsin(60º-)TyTs=3VplmVDsinT0Ts=1-3VplmVDcos(30º-)每一个实际上相当于SVPWM电压波形中的一个脉冲波，为使波形对称，把每个状态的作用时间一分为二，这样可以在调控输出电压基波大小的同时减少输出电压中的谐波。同时，为了使逆变器从一个开关状态转换到另一个开关状态时，只改变一个桥臂的开关状态以减少三相逆变器中6个开关器件的开通、关断的次数，降低开关频率，减少开关损耗。采用对称SVPWM控制，通过精心安排适当的矢量顺序和时间，可以免除不必要的开关动作，并在不增

5、加开关损耗的基础上具有更低的谐波失真特性。比其他PWM方法能更好地利用直流电压和减小谐波失真和开关损耗。与SPWM相比，其直流电压利用率要高15%。2 SVPWM算法MATLAB 实现2.1 判断矢量V所在扇区 通过矢量V所在的二维静止坐标系轴和轴的分量u、u 来计算电压矢量所在的扇区（我们把圆周分成6个扇区，扇区序号用 N表示）。若u0，则 A=1，否则 A=0；若3u-u0，则 B=1，否则B=0；若-3u-u-0，则C=1，否则C=0。扇区N=A+2B+4C。扇区模型图如图2所示。2.2 求出边界矢量作用时间Tx，TyX=3u×TsUd定义Y=12(3u+3u)×Ts

6、UdZ=12(3u-3u)×TsUd计算X，Y，Z 的模型图如图3所示。根据电压矢量不同的扇区求出2个相邻矢量的作用时间Tx，Ty，按表1取值。采用多路开关可构成模型图。当Tx+Ty>Ts时取Tx1=TxTsTx+Ty Tx2=TyTsTx+Ty 2.3 求出3 个矢量切换点Tcm1、Tcm2、Tcm3定义Ta=Ts-Tx-Ty4Tb=Ta+Tx2Tc=Tb+Ty2计算Ta、Tb、Tc 的模型图如图4 所示。最后一步是根据不同的扇区把以上的三个参数分别赋给TCMPRx单元，按下表取值。采用多路开关可构成模型图。2.4 PWM波形的产生和逆变器实现SVPWM是用一定频率（1/Ts

7、）和幅值（Ts/2）的等效时间三角波去调制3个输入时间Tcm1，Tcm2，Tcm3，一定频率和幅值的三角波与空间矢量切换点Tcmx相比较，一旦Tcmx与三角波的值相等时，就改变PWM波形的状态。所设定的开关器件决定了三角波的周期和幅值。同时对逆变器功率开关器件进行抽象，可以把上下2个桥臂的开关器件等效为1个理想开关switch，则PWM波形的产生和逆变器模型图如图5所示。3 SVPWM实现仿真模型图和仿真结果把上面各模型图分别进行封装后进行连接，得到SVPWM实现仿真模型图，如图6 所示。在这个仿真系统中三角波的周期为Ts=0.s，其幅值为0.。三相电压为给定幅值为220V，给定频率为50Hz 相差120º的正弦波，经三相/ 二相坐标变换得到二维静止坐标系 轴和 轴的分量u、u，Udc=600V。经过10s仿真，分别得到如图