《SVPWM控制技术分析综述》2700字

SVPWM控制技术分析综述空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术通过调整变频器中开关管的开关状态来组合形成电压矢量，让旋转磁场接近圆形，相比于传统PWM控制技术来说电压利用率较高，而且有效削弱了电流谐波分量，噪声明显降低，且转矩脉动变小，改善了感应电机调速系统的性能。因此本文选择SVPWM作为控制系统的调制方式。电压空间矢量与磁链空间矢量的关系假设由理想的三相交流电对电机提供交流电压，则有：uAuBu式中，uA、uB、uC分别为电机三相定子绕组上的正弦波相电压；U如图2.6，用A、B、C表示定子三相对称的绕组。图2.6定子绕组空间结构图定义电压空间矢量usus=23（u将式(2-25)代入式(2-26)中，得：us=23（32U式中Um=2us是一个在空间上幅值恒定，以同步角频率ω恒速旋转的空间矢量，期望合成电压空间矢量uus式中：us当运行频率不算太低时，式(2-28)里Rsis项的值远远小于dus≈dψ将式(2-27)与(2-29)联立得：ψs≈23式(2-30)表明，磁链的幅值由Ud幅值和ω基本电压空间矢量电压型逆变器结构如图2.7所示，拓扑结构中存在3个桥臂，每个桥臂都有上下两个功率开关管，共有六个功率开关管，每个开关管都并联了一个续流二极管。应避免同一桥臂上两个开关管同时导通的情况，否则会有烧坏开关管的风险。针对于不同桥臂中开关管的开关状态组合，一共可以得到八种状态。定义上桥臂VT1、VT3、VT5打开时的状态为1，下桥臂VT2、VT4、VT6打开时的状态为0，则可以得到6种非零矢量U1(1，0，0)、U2(1,1,0)、U3(0,1,0)、U4(0,1,1)、U5(0,0,1)、U6(1,0,1)和2种零矢量U0(0,0,0)、U7(1,1,1)。图2.7电压型逆变器当(SA，SB，SC)=(1,0,0)时，得到VAO=Udc/2，VBO=−Udc/2，VCO=−Udc/2。当(SA，SB，SC)=(1,1,0)时，得到VAOVAN=1其中，VAN、V表2.1不同开关状态下的相电压及合成空间矢量电压矢量SVVVu000000u100+2U-U-Uu110+U+U-2Uu010-U+2U-Uu011-2U+U+Uu001-U-U+2Uu101+U-2U+Uu111000根据表2.1，通过排列组合可以得到从u0到u7共七个电压矢量，其中u0和u7是指逆变器的上桥臂或者下桥臂的开关管同时导通，造成电机短路，没有电压输出，因此称为零矢量，剩下的6个有效电压矢量（u1~u图2.8基本电压空间矢量图基本矢量作用时间及扇区判断电机的磁链矢量表达式为：ψi=如图2.8所示，每个基本矢量的作用范围是60°，那么可以引入割圆法的思想，当开关管的切换频率越高时，磁链增量的频率也越高，合成磁链运动轨迹就会越接近圆形。例如图2.9所示60°的磁链空间作用区域中，∆ψ11、∆ψ12、图2.9磁链轨迹图电压矢量与磁链矢量同理，u1和u2进行矢量合成可得期望的合成电压矢量ur图2.10第一扇区合成矢量示意图根据伏秒平衡可以得到：uαTs=其中，Ts是PWM开关周期，uα、uβ是两相静止坐标系α、β下的合成期望电压矢量分量；t1、t2为u式(2-33)还可以写成：t1=3T由于零矢量（u0、u7）对磁链矢量没有影响，可以加入t0的零电压矢量将一个Ts周期内除了t0=Ts如果合成的期望电压矢量ur不在第一扇区而在其他扇区时，依然可以沿用第一扇区的分析思路，得到相对应的uX=3u由以上分析可知，整个空间被基本电压矢量分割成6个扇区，每个扇区的编号如图2.8所示，要想找到合成的期望电压矢量ur位于几号扇区，只需要将参考电压矢量Uref分解成α、β轴上的分量，分析uα、uβVref这里引入变量A、B、C、N，分析得出：当Vref1>0时，赋值A=1当Vref2>0时，赋值B=1当Vref扇区号N存在关系N=A+2B+4C，得到ur所在的扇区与N之间的关系见表2.2表2.2编号N对应扇区号N123456扇区号ⅡⅥⅠⅣⅢⅤ第一扇区的PWM波形图如图2.11所示：图2.11第一扇区PWM波形图由上述分析结果可得基本电压矢量作用时间与X、Y、Z的关系见表2.4所示：表2.4扇区和N值关系对应表扇区号ⅠⅡⅢⅣⅤⅥt-ZZX-X-YYtXY-YZ-Z-XSVPWM调制技术主要分为五段式和七段式两种，与五段式SVPWM控制方式相比，七段式SVPWM的开关频率显然要高一些，但输出电压谐波含量比五段式少，电压波形的对称性较好。在进行调制时应尽量减小损耗和提高转矩性能，由于开关管在通断时会存在开关损耗，因此应该尽量减少开关管的导通次数。如果给定参考电压矢量幅值比较大，即过饱和的时候，两个基本电压空间矢量的作用时间之和就会大于一个开关周期，使得合成的期望电压幅值比实际电压要大的现象，此时称为过调制。为了解决过饱和的问题，需要在整个调制周期中加入零电压矢量的作用时